Liv Ullmannová se narodila v Tokiu, kde její otec, norský inženýr Viggo Ullmann, v té době pracoval.[1] Po vypuknutí druhé světové války se vrátila do Norska, do školy chodila v Trondheimu. V 50. letech začala s herectvím, nejdříve v Trondheimu, později v Londýně. V půli 60. let už byla známou herečkou Národního divadla v Oslu. V té době se seznámila se švédským režisérem Ingmarem Bergmanem. Pod jeho vedením a po boku Bibi Anderssonové hrála ve filmu Persona němou divadelní herečku. Bergmanovy filmy ji celosvětově proslavily. Také v soukromí utvořili pár a v roce 1966 se jim narodilo její jediné dítě, dcera Linn (z jejích dvou manželství má Liv dvě vnoučata).
Neúspěchu se naopak dočkaly její muzikálové adaptace klasických děl. Filmová verze románu Ztracený obzor (Lost Horizon) byla komerčním propadákem a uvedení muzikálu I remember Mama na Broadwayi předcházela neobvykle dlouhá přípravná fáze s mnohými revizemi, aby se nakonec přestal hrát po pouhých 108 představeních.
V letech 1960–1965 byla vdaná za psychiatra Gappe Stanga, od roku 1985 byla manželkou bostonskéhomakléře Donalda Saunderse, se kterým údajně žije dodnes, přestože se rozvedli v 90. letech.
V roce 2002 jí lékaři diagnostikovali mozkovou mrtvici a životu nebezpečnou trhlinu srdeční komory. Po operaci se úplně zotavila a v listopadu 2005 představila v Oslu svou autobiografii pod názvem Livslinjer (Cesty života).
V létě 2005 plánovala ve Stavangeru zrežírovat mezinárodní filmovou podobu NoryHenrika Ibsena, ale projekt byl odložen na neurčito.
