Lưu Ngọc Duyên theo học khoa thanh nhạc tại Học viện Âm nhạc Quốc gia Hà Hội. Với ngoại hình xinh đẹp cùng với khả năng diễn xuất tốt, Lưu Ngọc Duyên từng bén duyên với điện ảnh qua vai chính bộ phim Đinh Tiên Hoàng Đế. Cô còn tham gia nhiều MV ca nhạc như MV Nhớ em, Nỗi đau xót xa, chỉ còn trong mơ (ca sĩ Minh Vương M4U), MV Tặng em, Vu vơ (ca sĩ Hoàng Hải), MV Hát về trời (ca sĩ Tăng Ngân Hà), MV Anh sẽ về đâu (ca sĩ Minh Sang The Voice), MV Điều anh không muốn (ca sĩ Phan Ngọc Luân The Voice). Với kinh nghiệm về diễn xuất cũng như học bài bản từ Học viện Âm nhạc, Ngọc Duyên quyết định du học Hàn Quốc để học hỏi thêm về lĩnh vực giải trí tại đất nước có nền công nghiệp giải trí hàng đầu châu Á.

Tham gia chương trình "Giai Điệu Chung Đôi" cùng với Jaykii, cặp đôi đã dành vị trí Á quân chương trình.