1968年12月2日出生于美国纽约的皇后区，与其兄于纽约皇后区的杰克逊高地长大，父母分别是北京和上海人。可笑的是，她到5岁还不会说英语。其父母亲都是中国台湾的移民。在台湾时，她父亲是一位工程师，母亲是一位生化学家，都是知识分子中国台湾移居至美国因而放弃了他们的原有职业。但移民到美国后他们只能一切从零开始，靠做奴仆、劳工等工作才能养家糊口。为了生活，刘玉玲的父亲甚至把手表和笔都卖了。后来他的父亲靠贩卖手表攒了些钱，买下了一套旧公寓聊以栖身。现今他已成了实业家，经营着一家造纸厂。 因为父母对她的学习的一直坚持，刘玉玲相当认真求学，她在1986年毕业于纽约市著名的史岱文森高中，接着就读纽约大学，于一年后转学到密歇根大学，取得亚洲语言及文化学士学位。她曾在密歇根当过餐厅侍应~
作为第二代移民，可以想象童年的刘玉玲生活是怎样的清苦。那时候能有东西吃就是最幸福的了，刘玉玲现在回忆道：“只要是放我面前的东西，我都吃”。到了14岁那一年，为了贴补家计，她和哥哥不得不到工作环境极差的成衣工厂当童工。年龄稍长，刘玉玲下定决心要当演员，她更是疯狂打工，一周工作七天。星期一到五她是秘书，下了班就去餐馆端盘子。星期六、日上午她是有氧舞蹈教练，晚上继续当女侍。
1982年，刘玉玲开始在纽约的高中读书，那时她曾一度梦想当一名警察。也许是刘玉玲那张细眉细眼、颇有性格的东方脸蛋，加上她娇小玲珑的体形得到了星探的垂青，她应邀出演了一次文具用品的广告。1986年，刘玉玲高中毕业后进入密歇根大学，并取得了亚洲语言文化专业学士学位。在几年的大学生活中，她还兼修了表演、舞蹈和声乐等专业课程，而这些对她日后的表演都大有裨益。大学期间，她还有幸参加了戏剧《艾莉漫游仙境》试镜，一开始只是想获得一个配角，没想到导演独具慧眼，让她担当主角挑大梁，从此一举成名。然而，刘玉玲的父亲虽然支持她去拍广告，却竭力反对女儿去演电影和电视剧，不重视女儿前途的父亲其目的显然是要把女儿当成摇钱树。刘玉玲一气之下离家出走，只身来到洛杉矶寻求发展。
刘玉玲先后在多部电视剧中担当了角色，其中包括《急诊室的故事》、《X档案》、《纳什大桥》(《海岸救生队》的姊妹片)、《霹雳娇娃》等。她还曾在汤姆-克鲁斯主演的《征服情海》中客串过一个不起眼的小角色，凭借着在电视剧方面的知名度，刘玉玲开始在好莱坞渐渐走红，片约越来越多，戏中的份量也越来越重。
1990年，正式步入影坛，接拍其第一部电影《贝弗来山90210》(“Beverly Hills，90210”)，在这部电影中，刘玉玲扮演一个女招待的角色。
1996年，成功地在CBS电视公司的一档周末系列电视剧《珍珠》(“Pearl”)中扮演一名女大学生，该剧使她的知名度大大提高。在此之后，她又先后参加影片《甜心先生》(“Jerry Maguire”)、《Gridlock'd》和《City of Industry》的拍摄。
1997年，拍摄令她人气急升的电视片《甜心俏佳人》(“Ally McBeal”)，她生动地演释了剧中一位十分自信的冷美人--工厂主管吴玲，这位个性鲜明、美艳惊人的亚洲女子形象在片中显得格外出众，引人注目，深深地打动了观众，刘玉玲也因此被看作是“最美女性”之一。
1999年，她先是在克林特-伊斯特伍德自导自演的影片《真实罪行》(“True Crime”)中扮演一个死于非命的小商店店员，接着又在梅尔-吉布森主演的犯罪题材动作片《危险人物》(“Payback”)中出演黑帮首领的情妇，年底她还在安东尼奥-班德拉斯和伍迪-哈里森主演的讲述拳击手生涯的影片《玩到死》(“Play It to the Bone”)中摇身一变成为搭车女郎。后又与卡蒙-伊莱克特拉在《Mating Habits of the Earth Bound Human》中演对手戏。
2000年，刘玉玲与好莱坞另两大超级明星卡梅伦·迪亚兹、茱儿·巴里摩尔合演《霹雳娇娃》(“Charlie's Angels”)系列。这部连创北美票房新高的成功商业片，让刘玉玲一时间风靡全球。片中三位娇娃最致命的武器不是枪，而是凌厉矫健的武功。德鲁·巴利摩尔的夺命剪刀脚、卡梅隆·迪亚兹的龙卷风轻功，招招要坏男人的命。人们看到黑眼睛黑头发的东方"女打星"刘玉玲更是身手敏捷，使出难度最大、最有威力的螺旋连环踢，把一个个男人踢得爬不起来。一会儿又扮成赛车手、艺伎，在片中扮酷又搞笑，实在让她大红大紫了一把。
2003年，刘玉玲在《杀死比尔》中的出色表演，为她赢得了最佳女演员、最佳银幕坏蛋奖，另外还抱走了最佳打斗奖。作为一名华裔血统的好莱坞女星，刘玉玲曾被评选为全球"50位最美的女性"，她和有四分之一中国血统的胡凯莉一起，成为好莱坞华裔性感女星的一线代言人。
