Từ nhỏ, cô đã được học ca hát, khiêu vũ và chơi piano. Sau khi cha mẹ ly hôn, Lưu Diệc Phi cùng mẹ, nghệ sĩ múa-diễn viên Lưu Hiểu Lợi, sang Mỹ sống từ năm 1998 với người chồng sau của bà.

Năm 2002, Lưu Diệc Phi trở về Trung Quốc và thi đậu vào khoa diễn xuất ở Học viện Điện ảnh Bắc Kinh. Khi đó, cô mới 15 tuổi, là sinh viên trẻ nhất trong lịch sử học viện này.

Từ thời sinh viên, Lưu Diệc Phi đã tham gia nhiều phim truyền hình. Vẻ đẹp cùng khả năng diễn xuất qua vai Bạch Tú Châu trong “Kim Phấn Thế Gia” đã giúp cô được mời vào vai Vương Ngữ Yên trong “Thiên Long Bát Bộ” rồi đến vai Tiểu Long Nữ trong “Thần Điêu Đại Hiệp” (bản làm lại năm 2006).

Từ đó, Lưu Diệc Phi trở thành một “thần tượng” của khán giả trẻ châu Á và hình ảnh cô liên tục xuất hiện trên bìa nhiều tạp chí thời trang thế giới ở Trung Quốc như Fashion, Trendstyle, Miss, Health Person, Cosmo Girl...

Năm 2005, Lưu Diệc Phi cùng Lý Băng Băng, Trần Hảo và Huỳnh Thánh Y, được bình chọn là “4 mỹ nhân đương đại” của làng điện ảnh Trung Quốc.

Năm 2006, Lưu Diệc Phi được bình chọn là “Ngôi sao ăn mặc phong cách nhất” Trung Quốc và có mặt trong danh sách “10 người đẹp cổ trang” cùng Huỳnh Hiểu Minh, Lục Nghị, Lý Á Bằng, Nghiêm Khoan, Triệu Văn Trác, Trần Hảo, Hoàng Dịch, Cao Viên Viên, Thủy Linh.

Cũng năm 2006, Lưu Diệc Phi “lấn sân” cả lĩnh vực âm nhạc khi ký hợp đồng ghi âm với Sony Music và sau đó đã ra 2 album là “Liu Yi Fei” và “All my words”. Ngoài ra, cô còn có một đĩa đơn tiếng Nhật là “Mayonaka no Door”.

Ở 19 tuổi, Lưu Diệc Phi mở cánh cửa vào Hollywood, khi được tham gia Forbidden Kingdom (Vua Kungfu) với Thành Long và Lý Liên Kiệt. Cô có ưu thế hơn hẳn Chương Tử Di nhờ thành thạo tiếng Anh. Vai Kim Yến Tử đầy hận thù khiến cô được công ty quản lý William Morris của Mỹ chú ý, đưa cô trở thành diễn viên thứ hai của Trung Quốc, sau Chương Tử Di, gia nhập hãng này.