Лили Коул родилась 19 мая 1988 года в местечке Торквей, Великобритания. Она училась в столице, окончив вместе с сестрой мэрилебонский интернат для девочек, а затем независимую школу Latymer Upper School. Высокая, голубоглазая и рыжеволосая девушка с кукольным, почти инопланетным лицом никогда не задумывалась о своей необычной внешности и даже не мечтала о модельном бизнесе. Найти себя ей помог случай. Однажды Лили прогуливалась в Сохо после посиделок с друзьями. Волею судьбы в этом же районе оказался известный британский актер Бенжамин Харт, ведущий шоу о моде на канале ВВС. Уникальная красота подростка настолько поразила знаменитость, что тот, как завороженный, последовал за Лили. Разумеется, она испугалась и побежала прочь от «маньяка». Бенжамин принялся кричать вдогонку, что хочет предложить ей работу в модельном бизнесе. Лили остановилась и подумала «почему бы и нет?». Через несколько дней она переступила порог популярного агентства Storm Models и заключила первый контракт.
Уже в пятнадцатилетнем возрасте Коул украсила обложку итальянского Vogue. Белокожая, словно холодный фарфор, высокая и фигуристая модель с рыжими волосами и задумчивым взглядом быстро вошла в топ ярчайших красавиц Англии. С девушкой работали ведущие элитные дома и знаменитые фотографы. Она не отказывалась от эпатажных фотосессий, включая эротические проекты, требующие обнаженности. В девятнадцать лет Коул заняла 83 место в списке самых богатых молодых людей Британии. Ее доход на 2007 год составил почти 14 миллионов долларов. «Конечно, карьера модели – это здорово, но на первом месте для меня учеба», – заявила Коул. Она поступила в престижнейшее учебное заведение страны – Кембридж, где изучала искусство, политику и философию.
До двадцати одного года кинематограф оставался для Лили «побочным» видом деятельности. Она появилась в небольших эпизодах в фильмах «Одноклассницы» (2007) и «Гнев» (2009). Вскоре именитый режиссер Терри Гиллиам пригласил модель на главную женскую роль в фантастическую ленту «Воображариум доктора Парнаса» (2009), где главных героев сыграли такие звезды, как Хит Леджер и Кристофер Пламмер. Картина рассказывает о докторе Парнасе, путешествующем по миру с неповторимым шоу, которое позволяет зрителям пройти сквозь волшебное зеркало в фантастический мир. Однако магический дар героя имеет свою цену: дьявол собирается забрать Валентину, дочь Парнаса в исполнении Лили Коул. Героиня влюбляется в загадочного незнакомца по имени Тони. Молодой человек присоединяется к доктору и вместе с ним начинает операцию по спасению красавицы. Лента Терри Гиллиама имела широкий успех, удостоившись двух номинаций на премию «Оскар». После столь удачного дебюта Коул появилась в фильмах «Там обитают драконы» (2009), «Дневники мотылька» (2011), «Белоснежка и охотник» (2012). Затем она исполнила ведущие роли в картинах «Исповедь сына века» (2012) и «Gravy» (2012). В 2013 году Лили сыграла в тандеме с Дэвидом Аркеттом в фантастической драме Эзиэла Нортона «Орион».
