É filha de Steven Tyler, vocalista do Aerosmith, e Bebe Buell, playmate da Playboy, foi criada em Portland, Maine, até a sexta série, quando a família voltou a residir em Manhattan. Cresceu achando que Todd Rundgren era seu pai, mas Steven Tyler começou a visitá-la e Liv percebeu que ela e Mia, filha de Steven, eram tão parecidas que poderiam ser irmãs. Liv confrontou a mãe e ela lhe disse a verdade (Liv tinha 12 anos na época). Com 14 anos de idade, Liv saiu da pequena Portland e foi para Nova York tentar carreira de modelo e foi vista em inúmeras campanhas publicitárias e comerciais de TV, um ano depois, decidiu ser atriz. Fez um clip para o Aerosmith: "Crazy".

Fez sua estréia cinematográfica como protagonista de Testemunha do Silêncio, en seguida Sexo, Rock e Confusão e viveu o papel de uma garçonete em Heavy, de James Mangold, um dos favoritos do Festival de Cinema de Sundance de 1985. Em 1986 estrelou Beleza Roubada, de Bernardo Bertolucci, contracenando com Jeremy Irons, e ainda Círculo de Paixões, de Pat O'Connor e Reviravolta. Em 1998, foi a filha de Bruce Willis e namorada de Ben Affleck em Armageddon. Estrelou ainda Plunkett & MacLeane, dirigido por Jake Scott e Eugene Onegin. Seus próximos filmes são: Onegin e Cookie's Fortune.