Люси Алексис Лью родился 2 декабря 1968 года в Нью-Йорке, в семье китайских иммигрантов.

Училась Люси в престижной нью-йоркской школе Stuyvesant High School, после окончания которой она поступила в Нью-Йоркский университет, но спустя год обучения перевелась в Университет штата Мичиган.

В 1990 году Люси Лью со степенью бакалавра окончила Мичиганский университет, где изучала азиатские языки и культуру. Также во время учебы Люси увлеклась театральным искусством, играла в университетском театре и записалась на курсы актерского мастерства. На последнем году обучения она играла главную роль в постановке «Алисы в стране чудес», после чего приняла решение начать карьеру актрисы.

В 1991-1992 годах Люси исполняла небольшую роль в сериале «Беверли-Хиллз, 90210».

В течение следующих нескольких лет Лью появилась в таких сериалах как «Тренер», «Секретные материалы» и «Скорая помощь».

Также в 1992 году актриса совершила дебют на киноэкранах, исполнив небольшую роль в криминальной драме «Ритм судьбы».

В 1996 году Люси Лью появилась в небольшой роли в кинофильме «Джерри Магуайер», главные роли в которой сыграли Том Круз, Рене Зеллвегер и Кьюба Гудинг мл. Последний за свою роль в фильме удостоился премии «Оскар».

В 1997 году Лью исполнила второстепенную роль в криминальной картине «Зона преступности», а также вместе с Тупаком Шакуром и Тимом Ротом снялась в драме «В тупике».

В 1999 году актриса появилась в боевике «Расплата», с Мэлом Гибсоном в главной роли, а также появилась в триллере Клинта Иствуда «Настоящее преступление».

Кроме того, в 1999 году Люси вместе с Антонио Бандерасом и Вуди Харрельсоном снялась в комедийной драме «Бей в кость».

В 2000 году Лью исполнила главные роли в фильмах «Шанхайский полдень» и «Ангелы Чарли», которые принесли ей гонорары в 2,5 и 1 млн. долларов, соответственно, а также известность.

В 2002 году она исполнила главную роль в фантастическом триллере «Кодер», а также появилась в мюзикле Роба Маршалла «Чикаго».

В 2003 году Люси исполнила главную роль во второй части «Ангелов Чарли», а появилась в роли О-Рен Ишии в первой части картины Квентина Тарантино «Убить Билла».

В 2004 году она появилась во второй части «Убить Билла», а в 2005 году она снялась во второстепенной роли в триллере «Счастливое число Слевина», в котором также снялись Джош Хартнетт, Брюс Уиллис, Морган Фриман и Бен Кингсли.

В 2006 году Люси Лью исполнила главные роли в боевиках «По прозвищу «Чистильщик» и «Вампирша», а также вместе с Киллиан Мерфи снялась в мелодраме «Насмотревшись детективов».

В 2008 году Люси исполняла главную роль в сериале «Кашемировая мафия», а также озвучивала Гадюку в мультфильме «Кунг-фу Панда».

В 2010 году она появилась в независимой драме «Кочевники» и исполнила главную роль в мини-сериале «Женись на мне».

В 2011 году Лью вместе с Эдрианом Броуди появилась в драме «Учитель на замену», а также вместе с Майклом С. Холлом и Бри Ларсон исполнили главные роли в комедии «Блаженство с пятой восточной».

В 2012 году Люси Лью приступила к роли доктора Джоан Ватсон в сериале «Элементарно». В котором также выступила режиссером нескольких эпизодов.

В том же 2012 году она вместе с Расселом Кроу снялась в боевике «Железный кулак».

В 2013 году Лью была приглашена стать членом Американской академии кинематографических искусств и наук.

В 2016 году планируется премьера мультфильма «Кунг-фу Панда 3», в котором ее голосом вновь заговорит Гадюка.