Lily Jane Collins 1989.03.18-án született Angliában, Surreyben, azon belül pedig Guildfordban, Phil Collins és Jill Tavelman gyermekeként. Lilynek két féltestvére van apja második házasságából, egy lány, Joely Collins, valamint egy fiú, Simon Collins. A Collins család pedig Guildfordból Los Angeles-be költözött, miután Jill és Phil elváltak, a lányuk 5 éves korában. Lily a Harvard-Westlake középiskolában tanult, később a Dél-Karolinai Egyetem hallgatója lett, ahol televíziós újságírást tanult.

Lily elég korán kezdte színészi karrierjét, először két éves korában láthattuk a képernyőn a BBC Growing Pains című sorozatában. Kamaszkorában a New York Confidential címmel írt kolumnát a brit Elle Girl magazinnak. Ezek után olyan híres magazinoknak írt cikkeket, mint a Seventeen, a Teen Vogue és a Los Angeles Times.

2007-ben Lilyt felkérte a Chanel, hogy viselje a legújabb kollekció egyik darabját a jótékonysági gálájukon, mely a Bal des Débutantes nevet viselte, az esemény Párizs egyik hotelében, a Hotel De Crillon-ban került megrendezésre. A spanyol Glamour 2008-ban Lilyt az év nemzetközi modelljének választotta, ennek a magazinnak később a címlapjára is felkerült 2009 augusztusában. 

2008-ban a Nickelodeon elnökválasztási kampányán Lily is részt vett, mint a "Kids Pick the President" házigazdája. A 2008-as Young Hollywood Awards-on hazavihetett egy díjat is, mivel ő nyerte meg a "Legújabb vörösszőnyeges tudósító" kategóriát. 2009-ben szerepet kapott az akkor híres 90210 című  sorozat két részében, köztük az évad fináléjában is. 2009-ben a Maxim magazin a "Rocksztárok legdögösebb lányai" közé, Lilyvel együtt 20 másik lány került fel a listára. Ugyanebben az évben Lily Touhy bőrébe bújva szerepelt Sandra Bullock karakterének lányaként A szív bajnokai című filmben. 

2011-ben ő alakította Lucyt, Paul Bettany oldalán A pap - Háború a vámpírok ellen című filmben. Lilynek sikerült feltornáznia magát a NextMovie.com listájára mely a "Legújabb tehetségek akiket 2011-ben nézel majd" nevet viselte. Szintén ebben az évben szerepet kapott Karenként az Elhurcolva című akciófilmben Taylor Lautner mellett, köztük több volt mint barátság, de a kapcsolatuk hamar véget ért.

2012-ben főszerepett kapott a Tükröm, tükröm című filmben, amely a Hófehérke egy modernebb átdolgozása, itt Julia Roberts-szel láthattuk a mozivásznon. Ebben a filmben mutatta meg énekhangját Lily, mivel felénekelt a film egyik betétdalát az "I Believe in Love"-ot. 2012 márciusában közölték, hogy Lily kapja meg Samantha szerepét a Stuck in Love nevű filmben, amelyben Logan Lerman és Kristen Bell mellett alakított nagyot.

2013-ban forgatta le a Love, Rosie című filmjét Dublinban, melyben Sam Claflin a társa, aki a Percy Jackson filmekből ismerhető. Szerepelt még a The English Teacher című filmben is.

Megkapta Clary Fray szerepét is A Végzet ereklyéi könyvsorozat megfilmesített változatában, ahol Jamie Campbell Bower oldalán láthatjuk a Csontvárosban. A két színész, Jamie és Lily jártak is, de románcuknak az első rész premiere előtt vége lett. A második rész (Hamuváros) forgatását 2014-ben kezdik meg.