Lưu Diệc Phi (sinh ngày 25/8/1987) tên khai sinh là An Phong. Cha mẹ ly hôn năm cô lên 7 tuổi và từ đó sống với mẹ. Cùng năm đó, được đổi tên là Lưu Si Mỹ Tử (刘茜美子). Ngoài ra, cô còn có tên tiếng Anh là Crystal Liu, có nghĩa là: cao quý, tao nhã, nữ tính.
Lưu Diệc Phi sinh ra tại bệnh viện Đồng Tế, Vũ Hán, Trung Quốc. Cha là An Thiếu Khang (安少康), xuất thân trong một gia đình khá giả, cha ông là Bí thư Đảng ủy của Đại học y khoa Đồng Tế Vũ Hán, mẹ ông là Bí thư Đảng ủy của Học viện y khoa Đồng Tế. Nhưng cha Lưu Diệc Phi không đi theo con đường chính trị hay y học, mà dạy ở khoa ngoại văn, tiếng Pháp ở Đại học Vũ Hán kiêm thư ký thứ nhất Đại sứ quán Trung Quốc tại Pháp; còn mẹ cô là bà Lưu Hiểu Lợi (刘晓莉), một nghệ sĩ múa có tiếng, từng đi giảng dạy ở nhiều nơi. Lưu Diệc Phi cũng rất thân với cha đỡ đầu của mình, ông Trần Kim Phi (陈金飞), là tổng giám đốc Tập đoàn đầu tư Thông Sản Bắc Kinh. Khi Lưu Diệc Phi đón sinh nhật tròn 18 tuổi, ông Trần Kim Phi đã quyết định tổ chức cho con gái nuôi một bữa tiệc thật đặc biệt với trị giá lên tới 1,8 triệu nhân dân tệ tại Quần đảo Senkaku.
Thuở bé, Lưu Diệc Phi chơi piano, khiêu vũ, và hát rất tốt. Năm lên 8, cô từng đoạt giải nhất trong cuộc thi Người mẫu tuổi nhi đồng khu vực miền Trung và Nam Trung Quốc. Năm 11 tuổi, mẹ đã đưa cô sang New York, nơi mà cô đã theo học Trung học Louis Pasteur Middle School 67. Hiện nay cô mang quốc tịch Mỹ.
Năm 2002, Lưu Diệc Phi trở về Trung Quốc với mong ước trở thành diễn viên. Tháng 9 năm 2002, cô thi đỗ vào khoa diễn xuất Học viện Điện ảnh Bắc Kinh khi mới 15 tuổi. Lưu Diệc Phi trở thành sinh viên trẻ nhất trong lịch sử của trường và tốt nghiệp vào tháng 7 năm 2006.