Née d'un père marocain et d'une mère espagnole, Lubna Azabal débute sa carrière au théâtre en Belgique, après un passage au prestigieux Conservatoire royal de Bruxelles. Elle fait ses premières armes devant la caméra du metteur en scène  Vincent Lannoo pour le court métrage J'adore le cinema en 1997. Titre de bon augure puisque André Techiné l'engage pour les besoins de Loin, un drame qui la révèle véritablement en 2001 aux côtés de Stéphane Rideau. La même année, la jeune comédienne enchaîne avec le tournage du drame Les Siestes grenadine sous la direction de Mahmoud Ben Mahmoud.

En 2002, Lubna Azabal tient le haut de l'affiche d'Un monde presque paisible, film de Michel Deville où elle incarne une jeune femme juive reprenant le travail dans un atelier de confection après la guerre. Jouant les belles immigrées libérées dans Viva Laldjérie (2004), 25 degrés en hiver (id.) et Exils (id.), un road movie de Tony Gatlif qui marque sa première venue à Cannes, la comédienne continue à privilégier le cinéma d'auteur, tournant aussi bien sous la direction de réalisateurs expérimentés comme André Téchiné (Les Temps qui changent, 2005) que de cinéastes débutants comme Jalil Lespert (24 mesures, 2007).

Après un détour par la grosse production Mensonges d'Etat (2008) de Ridley Scott, portée par Leonardo DiCaprio et Russell Crowe, elle revient au cinéma indépendant en incarnant la mère des jumeaux en quête vérité sur leur passé dans Incendies, qui rencontre un grand succès en France. Pour ce rôle, elle remporte plusieurs nominations et prix. Elle poursuit avec Les Hommes libres aux côtés de Tahar Rahim. Toujours attachée au cinéma d'auteur, elle retrouve Jalil Lespert pour Des vents contraires et tient le haut de l'affiche de Goodbye Morocco, un drame sur fond de problématiques idéologiques et religieuses.

L'actrice belge tient ensuite de solides rôles dans les comédies dramatiques Rock the Casbah et Lola Pater, le film de SF La Particule humaine, le film de gangsters Tueurs, le film d'époque Marie Madeleine, le violent thriller Bluebird et la comédie Tel Aviv on Fire. Parallèlement, on la voit dans les séries The Honourable Woman,Trepalium, Glacé, Nox, La Trêve, Cheyenne et Lola et Braqueurs, dans laquelle elle campe la mère de Sofia Lesaffre, assassinée en même temps que sa fille. En 2023, elle prend part au casting impressionnant de la série Alphonse de Nicolas Bedos, avec Jean Dujardin en gigolo.

Accélérant encore sa cadence de tournage au début des années 2020, Lubna joue dans le thriller d'action Rebel, qui traite du djihadisme, le (mal reçu) biopic Simone, le voyage du siècle, le film adapté d'un fait divers survenu à l'Ecole spéciale militaire de Saint-Cyr Pour la France, le drame sur un mariage arrangé L'Air de la mer rend libre et le lucratif Le Bleu du Caftan, pour lequel elle perd beaucoup de poids. En 2024, elle tient le rôle-titre d'Amal - Un esprit libre, celui d'une enseignante poussant ses élèves à s'exprimer librement, mais qui ne tarde pas à se heurter à l'intégrisme religieux sévissant au lycée.