Luigia Lollobrigida a Rómához közeli Subiacóban, egy festői kis faluban nevelkedett három lánytestvérével. Fiatalon kitűnt társai közül szépségével, 1947-ben elnyerte a Miss Róma címet, a Miss Italia versenyen pedig harmadik lett. Mario Costa filmrendező 1946-ban egy római utcán fordult meg utána, így került tizenkilenc évesen a film világába. Statisztaként kezdte, majd Diana Loris néven kapott kisebb szerepeket, elsőként a Fekete sas című filmben. Az epizódszerepeket egyre nagyobb szerepek követték, s rövid idő alatt Európa egyik legnépszerűbb színésznője lett. A nézőket ekkoriban tehetségénél jobban elkápráztatta szépsége, érzékisége és barna szemei, s hiába tiltakozott, a "nagy kebel, kicsi ész" skatulyába sorolták be.
Rövid hollywoodi kitérő után az ötvenes évek első felében forgatta legsikeresebb filmjeit. A Királylány a feleségem cigánylányaként Gérard Philipe volt partnere, Az éjszaka szépeiben René Clair rendezte. Nevét 1953-ban, a Humphrey Bogart oldalán forgatott Afrika kincsei című szatírában ismerték meg világszerte. A Kenyér, szerelem... vígjátéksorozatban Vittorio de Sica volt a partnere, s a harmadik részben keresztezte először útját nagy vetélytársa: az éppen gyermeket váró "isteni Lollo" kénytelen volt átengedni a főszerepet az akkor még ismeretlen Sophia Lorennek.
A két szexbomba soron következő rivalizálását a korabeli sajtóban kebelháborúként emlegették: bár soha nem nyilatkoztak rosszat a másikról, soha nem játszottak együtt, s ha csak lehetett, még a találkozást is kerülték. Ezt persze nem mindig tehették meg, 1961-ben a moszkvai filmfesztiválon futottak össze, e találkozásuk arról emlékezetes, hogy mindketten ugyanabban a méregdrága ruhában jelentek meg, később beperelték a tervező divatházat.
Lollobrigida két ízben is játszott az Alberto Moravia regényéből készült A római lányban: 1954-ben, 27 évesen a naiv utcalányt, 60 esztendősen az édesanyját alakította. Igazi nemzetközi karrierje 1955-ben jelképesen A világ legszebb asszonya című produkcióval indult, egy évvel később a cirkusz világába elkalauzoló Trapézban artistalányként Tony Curtis és Burt Lancaster partnere volt, majd a Victor Hugo regénye nyomán készült A párizsi Notre-Dame tragikus sorsú Esmeraldáját személyesítette meg. Egy ideig Amerika és Európa között ingázott, igazi hollywoodi sztár mégsem lett belőle, hiába reklámozták úgy, hogy ő a legjobb, ami a makaróni óta Itáliából érkezett. Ismét otthon készült filmjei közül a legnagyobb visszhangot a Cicababák váltotta ki, amiért 1965-ben az álszent olasz cenzúra erkölcstelenség címén eljárást indított. Néhány film erejéig még vissza tudták csábítani a tengerentúlra, így a Jó estét Mrs. Campbell forgatására, amelyért 1968-ban Golden Globe-díjra jelölték, ahogy 1985-ben a Falcon Crest című tévésorozatért is.
1969-ben Olaszországban sikeres tévéműsora indult, amelyben a történelem nagy asszonyalakjait elevenítette meg. A hetvenes évektől egyre kevesebbet szerepelt a vásznon, egyik utolsó emlékezetes alakítását a Pinocchio 1971-ben készült televíziós változatában, a tündér szerepében nyújtotta. Utoljára 2011-ben a Box Office 3D című olasz filmben szerepelt. A filmvászontól visszavonulva érdeklődése a fényképészet felé fordult, több könyvet is kiadott fotóival, ideje nagy részét a szobrászatnak szenteli, több kiállítást is rendezett. Megpróbálkozott a dokumentumfilmmel is, Fidel Castro exkluzív interjút adott neki, s énekesnőként sem volt sikertelen. 1999-ben elindult az európai parlamenti választásokon, de nem jutott be az uniós képviselőtestületbe.
1949-ben összeházasodott Mirco Skofic szlovén orvossal, akitől fia született, a házasság 1971-ben válással végződött. A filmsztárnak számos kapcsolata volt, egyebek között Christiaan Barnarddal, az első szívátültetés végrehajtójával. Sok híresség mellett róla is neveztek el rózsát, s egy sétányt Jesolóban, egy időben hordott frizurájáról kapta nevét a Lollo saláta, arca bélyegsorozaton is szerepelt. Fellépett a Magyar Televízió 1972-es szilveszteri műsorában, s 2005-ben ő volt a budapesti Operabál díszvendége. Az egykori szexszimbólum sok mindent megkapott az élettől, de szavai szerint örök fájdalma, hogy nem dolgozhatott együtt Fellinivel. Számos díj és kitüntetés birtokosa: a Firenzei Művészeti Akadémia - harmadik nőként - tiszteletbeli tagjai közé választotta, a francia Művészeti és Irodalmi Rend lovagi fokozatával és a francia Becsületrend parancsnoka címével is kitüntették. A napokban jelentették be, hogy csillagot kap a hollywoodi Hírességek sétányán.
Néhány éve árverésre bocsátotta ékszerei egy részét, hogy a bevételből szívügyét, az őssejtkutatást támogassa. Nyilatkozata szerint az ékszerek már elég örömöt szereztek neki, úgyhogy ideje, hogy valami magasztosabb célt szolgáljanak. Az egykori díváról az utóbbi időben többször is amiatt írtak az újságok, hogy a környezetében felbukkanó pénzsóvár férfiak megpróbálták kihasználni, emiatt fia megpróbálta gyámság alá helyeztetni. Lollobrigida mintegy tíz éve ismerkedett meg egy nála harmincnégy évvel fiatalabb katalán üzletemberrel, s még azt is fontolgatta, hogy hozzámegy, szavai szerint azért, mert akkor "depressziós" volt. Az eljegyzés után meggondolta magát, de a házasság legnagyobb meglepetésére mégis létrejött. A férfi ugyanis aláíratott vele egy spanyol nyelvű papírt, ami - mint később kiderült - lehetővé tette, hogy Barcelonában Lollobrigida távolétében is sor kerülhessen az esküvőre, amelyet a spanyol bíróság érvényesnek nyilvánított. Az általa "dögkeselyűnek" nevezett férfit az idős filmsztár Olaszországban is beperelte csalás és házasságszédelgés miatt, de a bizarr perben a bíróság elutasította keresetét.