Liu Yifei est née en 1987 en Chine d'un père professeur de français et d'une mère danseuse. Elle suit très tôt des cours de chant, danse et de piano et démarre une carrière de mannequin dès l'âge de 8 ans.

Ses parents étant divorcés, Liu part vivre avec sa mère aux USA entre 10 et 14 ans. Elle fait son retour en Chine en 2002 dans l'idée de poursuivre une carrière de mannequin et d'actrice. La future comédienne intègre alors l'université du cinéma de Pékin et décroche son diplôme en 2006.

Liu, déjà connue en Chine grâce à des rôles dans des téléfilms et séries TV, va se faire connaître d'un plus grand public en 2008 en donnant la réplique à Jackie Chan et Jet Li dans Le Royaume interdit. La jeune femme apparaît ensuite dans le film fantastique A Chinese Ghost Story avant de croiser le fer avec le mythique Chow Yun-Fat dans The Assassins en 2012.

Deux ans plus tard, Liu fait son retour aux USA pour tourner Croisades, sous la direction de Nick Powell. Au moyen âge, un croisé et son disciple tentent de racheter leurs crimes en aidant l’héritier du trône, menacé de mort, à récupérer la place qui lui revient. La chinoise partage l'affiche avec Nicolas Cage et Hayden Christensen.

Celle qui est surnommée "soeur féérique" dans son pays natal voit sa côte de popularité grimper en flèche en 2017. Déjà superstar en Chine, Liu est choisie pour interpréter Mulan dans la version live en préparation chez Disney. Réalisé par Niki Caro, à qui l'on doit notamment L'Affaire Josey Aimes, Mulan est prévu pour sortir en salles en 2019.