1965'te Shenyang'da doğdu. Ekonomi profesörü bir baba ve öğretmen bir annenin 5 çocuğunun en küçüğüdür. Çocukluk yıllarında ünlü bir şarkıcı olmak istiyordu, 1985'te Çin'in en iyi müzik okuluna başvuru yaptı ancak kazanamadı. Böylelikle oyunculuk okuluna başladı. Beijing Merkez Dram Akademisi'nde eğitim aldı. 1987 yapımı Zhang Yimou filmi Red Sorghum ile sinema dünyasına adım attı. Film, Berlin Film Festivali'nde Altın Ayı kazanırken Gong Li de dünya çapında isim yaptı. 1992 yapımı, yine Yimou'nun yönettiği The Story of Qiu Ju filmiyle Venedik Film Festivali'nde En İyi Kadın Oyuncu ödülünü kazandı. 1995 yılına dek Yimou ile birçok film çekti.
2005 yapımı Bir Geyşa'nın Anıları filmindeki Hatsumomo rolüyle dünya çapında meşhur oldu. Bu filmde Zhang Ziyi ve Ken Watanebe gibi isimler de rol almıştı. 2006 yapımı Hollywood filmi Miami Vice'ta Isabella karakteriyle yer aldı. Aynı yıl yenide Zhang Yimou ile çalışmaya döndü ve Altın Çiçeğin Laneti (Curse of the Golden Flower) filminde yer buldu. 2007'de bir başka uluslararası projede, Hannibal Doğuyor'da oynadı. Bu filmde Murasaki karakteriyle izleyici karşısına çıktı. 2014'te yine bir Yimou filmi olan Yuvaya Dönüş'te başrolde oynadı.
1996'da Singapurlu tütün şirketi sahibi milyoner Ooi Hoe Soeng'le evlendi. 2008'de Singapur vatandaşlığı alan Li, 2010'da eşinden ayrıldı.