Cô sinh tại Vũ Hán, Trung Quốc. Cha Lưu Diệc Phi là người ở Đại học Vũ Hán còn mẹ cô là Lưu Hiểu Lợi, 1 nghệ sĩ múa nổi tiếng; bà từng đi giảng dạy 1 vài nơi. Sinh tại bệnh viện Tongji, Vũ Hán, Trung Quốc, nhưng đến năm 10 tuổi (năm 1996), Lưu Diệc Phi cùng với mẹ sang Hoa Kỳ và sống tại đây 4 năm. Khi còn nhỏ, Diệc Phi chơi piano, khiêu vũ, và hát rất giỏi. Hiện nay cô mang quốc tịch Hoa Kỳ. Từ năm 2002 cô trở về Trung Quốc để theo đuổi nghiệp diễn xuất. Tháng 9 năm 2002 cô được nhận vào khoa diễn xuất Học viện Điện ảnh Bắc Kinh, trở thành sinh viện trẻ nhất trong lịch sử của trường. Cô tốt nghiệp tháng 7 năm 2006
