La madre di Lilian era inglese, mentre il padre un uomo d'affari tedesco. All'inizio della prima guerra mondiale la famiglia viveva a Magdeburgo e si trovò impossibilitata a rientrare in Inghilterra. La ragazza dovette quindi essere mandata a vivere da una zia a Soletta in Svizzera.
Dopo essersi diplomata nel 1923 iniziò la propria carriera nel modo dello spettacolo frequentando la scuola di danza e canto del Teatro dell'Opera di Stato di Berlino.
Nel 1924 Lilian Harvey ottenne il suo primo ruolo, la parte della giovane ebrea Ruth nel film Der Fluch diretto da Robert Land. Da quel momento iniziò a prendere parte a diversi film muti. Nel 1925 ebbe il primo ruolo da protagonista nel film Leidenschaft.
Grazie ai suoi studi di canto la Harvey fu capace di continuare a riscuotere successo come attrice anche nel primo periodo dell'era del cinema sonoro. Il suo primo film interpretato insieme a Willy Fritsch fu Die keusche Susanne del 1926. Lei e Fritsch divennero la "coppia dei sogni" del cinema tedesco dei primi anni trenta grazie alla romantica storia d'amore messa in scena nel film Liebeswalzer. Interpretarono insieme complessivamente 11 film e la Harvey venne soprannominata dalla stampa La ragazza più dolce del mondo.
Nel 1931 interpretò il film Il congresso si diverte, in cui cantava la canzone di successo Das gibt's nur einmal. I suoi film successivi vennero realizzati anche nelle versioni inglese e francese, rendendola popolare anche al di fuori della Germania. Fu invitata ad Hollywood dove interpretò quattro film per la 20th Century Fox che però non riscossero lo stesso successo di quelli girati in Germania.
Alla fine decise di abbandonare la lavorazione del musicalGeorge White's 1935 Scandals. La sua partenza spinse i produttori ad ingaggiare al suo posto Alice Faye che diventò improvvisamente una star.
Nel 1935 tornò in Germania. Continuò fino al 1939 ad interpretare film di successo per la UFA, come Glückskinder (1936), Sieben Ohrfeigen e Fanny Eisler (1937), Capriccio e Frau am Steuer (1939). Dopo decise di lasciare la Germania perché aveva aiutato un ebreo ed era stata interrogata dalla Gestapo. Si stabilì in Francia, a Juan-les-Pins, dove nel 1940 interpretò due film, Serenade e Miquette. Dopo essersi esibita per le truppe francesi, i nazisti le revocarono la cittadinanza (1943).
Sempre in Bastardi senza gloria Shoshanna Dreyfus afferma di apprezzare molto la Harvey rispondendo a una domanda di Joseph Goebbels, scatenando l'ira del ministro che le dice di non pronunciare più quel nome in sua presenza.
Uwe Klöckner-Draga: "Wirf weg, damit du nicht verlierst...". Lilian Harvey - Biographie eines Filmstars. edizioni q, Berlino 1999, ISBN 3-86124-500-0
Hans Borgelt: Das süßeste Mädel der Welt. Die Lilian-Harvey-Story. Ungekürzte Taschenbuchausgabe. Heyne, Monaco di Baviera 1976, 239 S., ISBN 3-453-00626-7
Christiane Habich: Lilian Harvey. Haude und Spener, Berlino 1990, ISBN 3775902953