演员牛莉出生于1972年5月1日。牛莉生于北京市一个普通军人家庭，毕业于解放军艺术学院。现为中国空军电视艺术中心女演员。从影前牛莉是名运动员，1986年获得全国第一届女子花样游泳团体冠军。1990年获得全军射击冠军。1991年9月，首次出演电影《大决战》。2000年6月主演电视剧《绝色双娇》。
2010年与郭冬临合作表演的小品《一句话的事儿》获2010年虎年春节联欢晚会观众最喜爱的春晚节目小品类二等奖。12月参演张国立自导自演的家庭伦理剧《养父》在沈阳广播电视台新闻频道首播。同年出演高亚麟执导的情景喜剧《搞笑一家人》。同年在情感伦理剧《满秋》中饰演小梅的亲生母亲吴媚。
2011年与冯巩合作表演的相声剧《还钱》获得2011年兔年春节联欢晚会我最喜爱的春节晚会节目一等奖。之后在史晨风执导的都市情感剧《幸福生活在招手》中饰演能干强势，刀子嘴豆腐心的周雨晴。同年客串李欣凌执导的少儿家庭剧《蓝天花朵》。同年主演钟少雄执导现代都市剧《房战》。
2012年在宋海波、高希希联合执导的空军史诗战争剧《白云飘飘的年代》中饰演国民党起义英雄薛建生的妹妹，航校医院院长薛华北。之后参演梦继执导的家庭轻喜剧《宝贝》。同年在当代都市剧《媳妇的美好宣言》中饰演牙医余快的前妻华婷露。
2013年3月领衔主演龚艺群执导的军旅情感剧《军婚》。搭档林永健主演王小康执导的家庭伦理剧剧《新女婿时代》，凭借该剧获得首届央视中国电视剧年度明星盛典十佳演员称号。
2014年加盟浙江卫视的喜剧选秀《中国喜剧星》担任导师。同年与陈宝国、冯远征联袂主演张新建执导的农民史诗剧《老农民》，在剧中饰演坚强勇敢的老农民灯儿，凭借该剧获得第11届中美电影节最佳女主角奖。
自打多年前媒体曝出牛莉结婚一事后，喜欢她的观众就非常想知道牛莉的另一半究竟是谁？但牛莉在这件事上却一直回避，希望还家人一个小小空间，把私人生活和事业区分开，因而牛莉的老公至今也是一个迷团，有消息说牛莉的老公是一位成功商人，坐拥上亿身价。而对此牛莉却亲口否认，称纯属无厘头。