Lily Collins, fille du chanteur Phil Collins, n'aura pas attendu longtemps avant d'attirer le feu des projecteurs. Dès l'âge de deux ans, elle apparait au casting d'une série télévisée britannique, Quoi de neuf, docteur ?. Trois ans plus tard, lors du divorce de ses parents, elle part vivre avec sa mère à Los Angeles. Avant de se consacrer à la comédie, Lily Collins étudie et se passionne pour le journalisme. Alors qu'elle n'est qu'adolescente, elle est publiée dans plusieurs magazines de mode (Elle Girl, Seventeen, Teen Vogue).

Tout en poursuivant un cursus de journalisme à l'Université de Californie du Sud, elle se partage entre sa carrière de mannequin et ses premiers rôles au cinéma, où son ascension est fulgurante. Après une apparition dans la série 90210 Beverly Hills Nouvelle Génération, il ne lui faut que quatre longs métrages avant de figurer en tête d'affiche. On la retrouve d'abord dans The Blind Side (2009, inédit en France) aux côtés de Sandra Bullock.

En 2011, elle joue la nièce en détresse du Priest, ce héros chasseur de vampires incarné par Paul Bettany. La même année, elle court à en perdre haleine pour découvrir le passé de Taylor Lautner dans Identité Secrète. La vie de Lily Collins bascule ensuite dans le conte de fées avec Blanche Neige (2012). En revêtant les habits de princesse du rôle-titre, elle croise la route de Julia Roberts, transformée en méchante reine, et décroche ainsi son premier grand rôle au cinéma.

L'année d'après, la comédienne se voit offrir le rôle principal du film fantastique pour adolescents The Mortal Instruments : La Cité des Ténèbres, adapté du premier tome d'une saga romanesque à succès dont elle est par ailleurs fervente lectrice. Lily tient ensuite le premier rôle de la comédie romantique Love, Rosie avant de rejoindre Keanu Reeves dans le drame To The Bone pour Netflix. Elle y campe Ellen, une jeune femme anorexique qui tente de se reconstuire.

L'actrice travaille à nouveau pour la célèbre plate-forme de streaming dans Extremely Wicked, Shockingly Evil and Vile, film revenant sur le parcours meurtrier de Ted Bundy. Lily joue la petite amie du tueur en série interprété par Zac Efron. Toujours pour Netflix, la comédienne se glisse dans le costume de Red dans Okja de Bong Joon-Ho. En 2019, la britannique devient l'épouse du célèbre écrivain JRR Tolkien dans Tolkien avec Nicholas Hoult.