Евангелина Лилли родилась 3 августа 1979 года в Форт-Саскачеван, Канада, в семье преподавателя экономики и косметолога в центре дневной медицинской помощи.

Училась в университете Британской Колумбии, где получила степень бакалавра по международным отношениям.

Ее случайно заметили на улицах Келовна, Британская Колумбия, представители изветного модельного агентства Ford. Она подписала соглашение с Ford, согласно которому агентство несло оплату за ее обучение в Университете Британской Колумбии и расходы.

В университета Лилли основала и возглавила комитет всемирного развития и борьбы за права человека.

Во время учебы на последних курсах университета снималась в эпизодических ролях, чтобы частично платить за обучение. Так, за время учебы она появилась в некоторых эпизодах сериалов «Тайны Смолвиля» (2001), «Вернуть из мертвых» (2003) и «Dead Like Me» (2003), а также в некоторых фильмах - «Фредди против Джейсона» (2003), «Похищение Синатры» (2003) и «Белые цыпочки» (2004).

В том же 2004 году Эванджелин получил одну из главных ролей в сериале «Остаться в живых», которая принесла ей популярность во всем мире и новые предложения от киностудий.

Также в 2004 году была избрана одной из новых звезд журналом Entertainment Weekly Magazine, а в 2005 году была названа №2 журналом Maxim в списке Hot 100 и №75 в списке «100 самых сексуальных женщин мира 2005» журнала FHM.

В 2008 году Эванджелин снялась вместе с Джереми Реннером в военном триллере «Повелитель бури, а также исполнила роль бывшей возлюбленной персонажа Джона Малковича в фильме «Заложник смерти».

В 2009 году Эванджелин Лилли стала лицом рекламной кампании L’Oréal.

В 2011 году ей досталась роль Бейли Таллет в фильме «Живая сталь», главную роль в котором исполнил Хью Джекман.

В том же 2011 году Лилли приступила к съемкам в фильмах Питера Джексона «Хоббит: Пустошь Смауга» (2013) и «Хоббит: Битва Пяти Воинств» (2014), в которых получила роль лесной эльфийки Тауриэль.

В том же 2013 году Эвинджелин получила роль Хоуп ван Дайн в экранизации комикса «Человек-муравей» (2015), главные роли в котором исполнили Пол Радд и Майкл Дуглас.