Лили Коул родилась в английском городе Торки, но воспитывалась вместе с сестрой Элви в Лондоне. Там она окончила интернат для девочек в Мэрилебоне (англ. St Marylebone School) и независимую школу Latymer Upper School.
Лили встречается с Квэймом Феррейра. 28 февраля 2015 года стало известно, что пара ожидает появления своего первенца.
Модельная карьераСовет работать моделью она получила от английского манекенщика и актера Бенджамина Харта (англ.) уже в возрасте 14 лет. Впоследствии Коул подписала контракт с модельным агентством Storm Models.
Первым успехом в её карьере стала фотосессия для итальянской версии журнала Vogue, на которую Лили пригласил знаменитый американский фотограф Стивен Мейзел (англ.). Позднее Коул неоднократно появлялась на обложках самых известных журналов мод: Vogue (США, Италия, Великобритания, Япония, Республика Корея), Citizen K, Numéro, V. В ноябре 2004 года на церемонии British Fashion Awards Лили Коул была названа «Моделью года».
Лили принимала участие в рекламных кампаниях таких брендов, как Chanel, Christian Lacroix, Hermès, Longchamp, Cacharel, Topshop и Anna Sui Cosmetics, а также представляла парфюм I Love Love by Moschino. Среди дизайнеров, чьи модели одежды она демонстрировала на подиуме, Chanel, DKNY, Jean Paul Gaultier, Versace, Alexander McQueen, John Galliano, Louis Vuitton и многие другие. Её друзья в мире моды - дизайнер и журналист Филип Колберт (англ. Philip Colbert) и модели Джемма Ворд и Эрин О’Коннор (англ. Erin O'Connor).
КинокарьераВ феврале 2006 года стало известно, что музыкант Мэрилин Мэнсон планирует задействовать Лили Коул в качестве актрисы в фильме «Фантасмагория: Видения Льюиса Кэрролла». Ей была предложена роль Алисы. В 2010 году было объявлено об остановке производства фильма.
В апреле 2007 года было объявлено, что Лили получила роль Полли в картине «Одноклассницы», где кроме неё были заняты такие актёры, как Джемма Артертон, Руперт Эверетт, Колин Фёрт, Джоди Уиттэкер и Стивен Фрай.
В одном из последних фильмов режиссёра Терри Гиллиама «Воображариум доктора Парнаса» Лили исполнила роль Валентины, дочери главного героя, а в фильме 2009 года «Гнев» Коул предстаёт в привычном ей образе супермодели.
В 2013 году снялась в клипе «Sacrilege» американской группы Yeah Yeah Yeahs.