1968年12月2日出生于美国纽约的皇后区，与其兄于纽约皇后区的杰克逊高地长大，父母分别是北京和上海人。可笑的是，她到5岁还不会说英语。其父母亲都是中国台湾的移民。在台湾时，她父亲是一位工程师，母亲是一位生化学家，都是知识分子中国台湾移居至美国因而放弃了他们的原有职业。但移民到美国后他们只能一切从零开始，靠做奴仆、劳工等工作才能养家糊口。为了生活，刘玉玲的父亲甚至把手表和笔都卖了。后来他的父亲靠贩卖手表攒了些钱，买下了一套旧公寓聊以栖身。现今他已成了实业家，经营着一家造纸厂。 因为父母对她的学习的一直坚持，刘玉玲相当认真求学，她在1986年毕业于纽约市著名的史岱文森高中，接着就读纽约大学，于一年后转学到密歇根大学，取得亚洲语言及文化学士学位。她曾在密歇根当过餐厅侍应~　　作为第二代移民，可以想象童年的刘玉玲生活是怎样的清苦。那时候能有东西吃就是最幸福的了，刘玉玲现在回忆道：“只要是放我面前的东西，我都吃”。到了14岁那一年，为了贴补家计，她和哥哥不得不到工作环境极差的成衣工厂当童工。年龄稍长，刘玉玲下定决心要当演员，她更是疯狂打工，一周工作七天。星期一到五她是秘书，下了班就去餐馆端盘子。星期六、日上午她是有氧舞蹈教练，晚上继续当女侍。　　1982年，刘玉玲开始在纽约的高中读书，那时她曾一度梦想当一名警察。也许是刘玉玲那张细眉细眼、颇有性格的东方脸蛋，加上她娇小玲珑的体形得到了星探的垂青，她应邀出演了一次文具用品的广告。1986年，刘玉玲高中毕业后进入密歇根大学，并取得了亚洲语言文化专业学士学位。在几年的大学生活中，她还兼修了表演、舞蹈和声乐等专业课程，而这些对她日后的表演都大有裨益。大学期间，她还有幸参加了戏剧《艾莉漫游仙境》试镜，一开始只是想获得一个配角，没想到导演独具慧眼，让她担当主角挑大梁，从此一举成名。然而，刘玉玲的父亲虽然支持她去拍广告，却竭力反对女儿去演电影和电视剧，不重视女儿前途的父亲其目的显然是要把女儿当成摇钱树。刘玉玲一气之下离家出走，只身来到洛杉矶寻求发展。　　刘玉玲先后在多部电视剧中担当了角色，其中包括《急诊室的故事》、《X档案》、《纳什大桥》(《海岸救生队》的姊妹片)、《霹雳娇娃》等。她还曾在汤姆-克鲁斯主演的《征服情海》中客串过一个不起眼的小角色，凭借着在电视剧方面的知名度，刘玉玲开始在好莱坞渐渐走红，片约越来越多，戏中的份量也越来越重。　　1990年，正式步入影坛，接拍其第一部电影《贝弗来山90210》(“Beverly Hills，90210”)，在这部电影中，刘玉玲扮演一个女招待的角色。　　1996年，成功地在CBS电视公司的一档周末系列电视剧《珍珠》(“Pearl”)中扮演一名女大学生，该剧使她的知名度大大提高。在此之后，她又先后参加影片《甜心先生》(“Jerry Maguire”)、《Gridlock'd》和《City of Industry》的拍摄。　　1997年，拍摄令她人气急升的电视片《甜心俏佳人》(“Ally McBeal”)，她生动地演释了剧中一位十分自信的冷美人--工厂主管吴玲，这位个性鲜明、美艳惊人的亚洲女子形象在片中显得格外出众，引人注目，深深地打动了观众，刘玉玲也因此被看作是“最美女性”之一。　　1999年，她先是在克林特-伊斯特伍德自导自演的影片《真实罪行》(“True Crime”)中扮演一个死于非命的小商店店员，接着又在梅尔-吉布森主演的犯罪题材动作片《危险人物》(“Payback”)中出演黑帮首领的情妇，年底她还在安东尼奥-班德拉斯和伍迪-哈里森主演的讲述拳击手生涯的影片《玩到死》(“Play It to the Bone”)中摇身一变成为搭车女郎。后又与卡蒙-伊莱克特拉在《Mating Habits of the Earth Bound Human》中演对手戏。　　2000年，刘玉玲与好莱坞另两大超级明星卡梅伦·迪亚兹、茱儿·巴里摩尔合演《霹雳娇娃》(“Charlie's Angels”)系列。这部连创北美票房新高的成功商业片，让刘玉玲一时间风靡全球。片中三位娇娃最致命的武器不是枪，而是凌厉矫健的武功。德鲁·巴利摩尔的夺命剪刀脚、卡梅隆·迪亚兹的龙卷风轻功，招招要坏男人的命。人们看到黑眼睛黑头发的东方"女打星"刘玉玲更是身手敏捷，使出难度最大、最有威力的螺旋连环踢，把一个个男人踢得爬不起来。一会儿又扮成赛车手、艺伎，在片中扮酷又搞笑，实在让她大红大紫了一把。　　2003年，刘玉玲在《杀死比尔》中的出色表演，为她赢得了最佳女演员、最佳银幕坏蛋奖，另外还抱走了最佳打斗奖。作为一名华裔血统的好莱坞女星，刘玉玲曾被评选为全球"50位最美的女性"，她和有四分之一中国血统的胡凯莉一起，成为好莱坞华裔性感女星的一线代言人。　　2008年，

1990年，刘玉玲正式步入影坛，接拍其第一部电影《贝弗来山90210》，在这部电影中，刘玉玲扮演一个女招待的角色。之后，她在1995年独立影片《Bang》中她饰演一名妓女，她还在《甜心先生》中得到过一个小角色。1997年，她出演了电视剧《甜心俏佳人》。1999年，她先是在克林特·伊斯特伍德自导自演的影片《真实罪行》中扮演一个死于非命的小商店店员，接着又在梅尔-吉布森主演的犯罪题材动作片《危险人物》中出演黑帮首领的情妇，年底她还在安东尼奥·班德拉斯和伍迪·哈里森主演的讲述拳击手生涯的影片《玩到死》中摇身一变成为搭车女郎。后又与卡蒙-伊莱克特拉在《》中演对手戏。2000年，刘玉玲与卡梅伦·迪亚兹、茱儿·巴里摩尔合演《霹雳娇娃》系列，随后知名度大增，身价暴涨。2002年，刘玉玲与安东尼奥·班德拉斯再次合作，主演影片《对垒特工》。2003年，刘玉玲在《杀死比尔》中的表演，为她赢得了MTV电影奖最佳反派。2006年刘玉玲唯一现身屏幕的影片是《幸运数字斯莱文》，剧中她饰演乔什·哈奈特恋上的一名女孩。2006年也是刘玉玲踏入执行制片人行列的一年，她制作了一部讲述1956年匈牙利革命的纪录影片《自由的愤怒》，制作并主演了影片《恶报》和《清除代码》。2008年，刘玉玲在《功夫熊猫》中配音的是一条身手不凡的“美女蛇”。2011年，她加盟警匪剧《南城警事》第四季。2012年，刘玉玲成为CBS版的福尔摩斯《基本演绎法》中华生的扮演者。同年11月2日，她出演的动作电影《铁拳》在美国上映。2013年1月13日，第70届美国电影电视金球奖颁奖典礼在美国洛杉矶比弗利山比弗利希尔顿酒店举行，刘玉玲亮相红毯。同年，她入围奥斯卡金像奖会员。2014年4月，刘玉玲与休·杰克曼、乔纳森·格罗夫一同公布第68届托尼奖提名名单。2019年5月1日，刘玉玲在好莱坞星光大道举行留星仪式，她的留星位置将跟亚裔前辈黄柳霜挨在一起。7月21日，参演电视剧《致命女人》在洛杉矶LGBT电影节首播。

2015年8月28日，刘玉玲在社交网络分享两张抱着婴儿的照片，并介绍儿子的名字叫RockwellLloydLiu。刘玉玲没有结婚，也没有公开交往的对象。其发言人对媒体确认：这个随她姓刘的孩子是妊娠代孕。

艾美奖

• 1999喜剧类剧集-喜剧类剧集最佳女配角甜心俏佳人（提名）

MTV电影奖

• 2004最佳歌舞场面霹雳娇娃2（提名）
• 2004最佳反派杀死比尔1（获奖）
• 2001最佳银幕搭档霹雳娇娃（获奖）
• 2001最佳服装霹雳娇娃（提名）

土星奖

• 2004最佳女配角（提名）
• 2001最佳女配角（提名）

青少年选择奖

• 2013最佳动作TV女演员（获奖）
• 2002最佳电影怒火戏（提名）

刘玉玲造型多变，优雅妩媚，与花木兰动画形象有着眉目之间的神似。刘玉玲因美剧《基本演绎法》而备受关注。在《基本演绎法》中，和其他亚裔演员扮演的角色不同，刘玉玲在剧中有一段浪漫而非神经质的浪漫生活，剧中的衣着打扮也希望能够摆脱大众对亚裔女演员的刻板印象。