Li Bingbing lahir pada 27 Februari 1973 di Wuchang, Heilongjiang, Tiongkok. Pada awalnya, ia tidak berencana menjadi aktris dan memilih menjalani pendidikan sebagai calon guru di sekolah menengah. Setelah lulus, ia menyadari ketertarikannya pada dunia seni peran dan akhirnya bergabung dengan Akademi Teater Shanghai pada tahun 1993.

Kemampuannya mulai dikenal saat membintangi Seventeen Years karya Zhang Yuan pada tahun 1999, yang memberinya Penghargaan Aktris Terbaik di Festival Film Singapura 1999. Sejak itu, ia mendapatkan perhatian besar di industri film China dan mulai membintangi serial televisi populer seperti Young Justice Bao pada 2001, yang mengukuhkan popularitasnya.

Li kemudian dikenal sebagai aktris aksi berkat peran dalam serial wuxia seperti Taiji Prodigy dan Eight Heroes. Ia mencapai terobosan besar dengan film A World Without Thieves karya Feng Xiaogang, lalu mendapatkan nominasi Best Actress di Golden Rooster Awards. Peran di film romantis Waiting Alone membuatnya meraih nominasi pertama di Golden Rooster Awards sebagai Aktris Terbaik.

Pada tahun 2006, Li membintangi The Knot, film yang menjadi entri Tiongkok ke Oscar untuk kategori Film Asing Terbaik 2008. Ia memenangkan penghargaan Best Actress di Huabiao Awards 2007 dan Hundred Flowers Awards 2008. Di tahun yang sama, ia tampil di The Forbidden Kingdom bersama Jet Li dan Jackie Chan, yang menjadi film internasional pertamanya.

Pada 2009, Li dianugerahi Best Actress di Golden Horse Film Festival untuk film The Message, yang bertutur tentang invasi Jepang di China dan usaha mengungkap mata-mata. Tahun berikutnya, ia tampil sebagai Shangguan Jing’er di Detective Dee and the Mystery of the Phantom Flame serta masuk studio miliknya sendiri. Ia juga memproduseri dan membintangi film 1911 karya Jackie Chan, memperingati 100 tahun Revolusi Xinhai.

Itu menandai debut internasionalnya di film berbahasa Inggris Snow Flower and the Secret Fan yang tayang di Cannes 2011. Ia mulai dikenal di Hollywood setelah tampil di Resident Evil: Retribution sebagai Ada Wong dan membintangi 400 Boys. Pada 2013, ia menerima East-West Talent Award dan disebut sebagai Asian Star of the Year oleh Variety. Sejak itu, karier internasionalnya meningkat dengan peran di Transformers: Age of Extinction dan proyek lain.

Di 2015, Li membintangi Nest, film fiksi ilmiah 3D hasil kerjasama China-Australia, yang dirilis 2018. Ia juga akan memainkan pahlawan super wanita pertama dari China di film Realm, karya Stan Lee. Pada 2016, ia bergabung dalam film Amerika Meg, berdasarkan novel Steve Alten. Ia juga aktif sebagai anggota Partai Zhi Gong China.