Lily Cole, pe numele complet Lily Luahana Cole, s-a născut la 27.12.1987, în Torquay Devon, Anglia și a crescut în Londra. Părinții ei sunt Patience Owen, artistă și scriitoare, și Chris Cole, pescar și constructor de ambarcațiuni. Tatăl ei a plecat de acasă când era bebeluș; ea și sora ei au fost crescute de mama lor galeză, la Londra. Avea doar 14 ani când un agent de la Storm Models a văzut-o mergând pe o stradă din Soho, așa că a fost înscrisă la agenția la care au fost supermodele precum Kate Moss și Cindy Crawford. Când a fotografiat-o Steven Meisel pentru Vogue-ul italian în 2003, cariera ei a luat amploare și curând după aceea a fost una dintre cele mai recunoscute chipuri din lume.
Cole a urmat Școala primară Hallfield, Școala de teatru Sylvia Young, Școala St. Marylebone, Școala superioară Latymer. A obținut un loc la Științe Sociale și Politice la King's College, Cambridge, în 2006, iar în 2008, a trecut la Istoria artei și a absolvit în 2011. În timpul ceremoniei de închidere a Jocurilor Olimpice de la Londra din 2012, Cole a fost unul dintre modelele britanice care au purtat ținute create de designeri britanici special pentru eveniment.
Model, autoare, regizoare de film, actriță și antreprenor, după o carieră ca model (unul dintre cele mai bune 30 de modele ale anilor 2000), Cole și-a făcut debutul ca actriță în rolul Polly din comedia St. Trinian's (2007), a primit primul rol principal, Valentina, în filmul The Imaginarium of Doctor Parnassus (2009). Apoi, a apărut în scurtmetrajul Passages, în filmele: Rage (2009, rolul Lettuce Leaf), There Be Dragons (2011, rolul Aline), The Moth Diaries (2012). Cole a jucat rolul Nina din Pescărușul la Teatrul ADC din Cambridge. A apărut în al treilea episod din a șasea serie a serialului Doctor Who (2011); în videoclipul muzical pentru single-ul Sacrilege (2013). În 2017, Cole a jucat rolul principal din miniseria în trei părți, Elizabeth I. Ea susține o varietate de cauze umanitare și de mediu (organizația caritabilă WaterAid, Environmental Justice Foundation). În 2016, Cole a fost numită membru al Muzeului Foundling din Londra. În 2018, a co-scris filmul Balls, un scurtmetraj care explorează legăturile dintre povestea Spitalului Foundling și romanul mult-îndrăgit al lui Emily Brontë, La răscruce de vânturi. Cole a scris prefața pentru cartea lui Tamsin Blanchard din 2007, Green Is The New Black, un ghid despre cum să fii la modă și să rămâi ecologic. În 2013, a primit titlul de Doctor în Litere pentru „contribuția sa remarcabilă la cauze umanitare și de mediu” din partea rectorului Universității Caledoniene din Glasgow, profesorul Muhammad Yunus.
A fost implicată în crearea unei companii de tricotaje ecologice, The North Circular, lansată în 2009. Produsele North Circular sunt tricotate manual în Regatul Unit cu fire britanice, din care 5% din toate profiturile, și toate ale lui Cole, sunt donate către Environmental Justice Foundation. Ea a lansat o gamă de îmbrăcăminte pentru femei pentru companie în februarie 2010. În 2020, Cole a publicat Who Cares Wins, o carte despre modul în care viețile oamenilor au impact asupra planetei și despre cum pot oamenii să răspundă provocărilor de urgență climatică. În 2021, cartea a fost transformată într-un podcast în care Cole invită invitați cu perspective diferite să exploreze probleme critice - și relația lor cu mediul - de la tehnologie și alimentație la sănătate mintală și capitalism. În plan personal, pe 28 februarie 2015, Cole a anunțat că așteaptă primul copil cu iubitul ei, Kwame Ferreira. Fiica lor s-a născut în septembrie 2015. În 2021, Cole și-a declarat homosexualitatea.