Liv es hija del cantante de Aerosmith Steven Tyler y de la groupie y modelo Bebe Buell (fue elegida Playmate por la revista Playboy). Su nombre está puesto al contemplar su madre a la actriz sueca Liv Ulmman en una revista el mismo día que Liv Tyler nació.

Liv creció pensando que su padre era el también músico Todd Rundgren, pero a los 12 años Liv se enfrentó a su madre y le pidió que le dijera la verdad, fue entonces cuando consiguió el nombre de su verdadero padre.

En su adolescencia, Bebe y Liv se trasladaron a la ciudad de Nueva York, y a los 14 años Liv se convierte en modelo.

En 1994 actúa en su primer papel cinematográfico en la película "Silent Fall" de Bruce Beresford. En el mismo año, Liv se hizo conocida en el mundo por su participación en el video clip de la canción Crazy, interpretada por Aerosmith y donde compartía pantalla con Alicia Silverstone.

Durante el año 1995 participó en la película "Heavy", representando el papel de Callie.

Consiguió la fama cinematográfica tras su protagonismo en la película de Bernardo Bertolucci "Belleza robada" (1996). Al año siguiente, 1997, es considerada por la revista "Magazine" como una de las 50 personas más hermosas del mundo.

Otro éxito de taquilla fue "Armaggedon" en 1998, donde compartió roles con Bruce Willis y Ben Affleck.

Liv no ha parado, y sigue interpretando roles totalmente diferentes. La hemos podido ver en la saga de "El Señor de los Anillos" dirigida por Peter Jackson, donde interpreta a la princesa Arwen.

Ha participado en la película "Una chica de Jersey" (2004), junto a Ben Affleck.

Fue novia de los actores Johnny Withworth, con el que coincidió en "Empire Records"(1995), y Joaquin Phoenix, pareja de Liv en las películas "Giro al infierno" (1997) y "El Secreto de los Abbott" (1997).

En marzo del año 2003 contrajo matrimonio con Royston Langdon, miembro del grupo musical Spacehog, con el que sigue casada actualmente y tienen un hijo llamado Milo...