NSƯT Trần Ly Ly sinh năm 1978 trong gia đình có truyền thống nghệ thuật. Mẹ chị là diễn viên múa ballet. Trần Ly Ly bắt đầu học múa chuyên nghiệp khi mới 10 tuổi và giành nhiểu giải thưởng tài năng múa trẻ toàn quốc vào các năm 1992, 1994.
Sau khi đỗ thủ khoa của Khoa Sáng tác Múa, ĐH Sân khấu Điện ảnh Hà Nội, Trần Ly Ly nhận được học bổng du học tại ĐH Công nghệ Queensland (Australia). Sau 7 năm học tập và làm việc tại Australia, Pháp, năm 2003, mặc dù có nhiều lời mời làm việc tại nước ngoài nhưng Trần Ly Ly vẫn quyết định về nước.
Khi còn là diễn viên múa, chị từng biểu diễn rất thành công nhiều tác phẩm do các biên đạo nổi tiếng ở Việt Nam và quốc tế dàn dựng như: Cứu bạn, Paquita- của Maurice Bejart, Xin chào của biên đạo người Australia, Under skin and Body armour của biên đạo Pháp - Regine Chopinot, Venus ở Hanoi của Felix Ruckert (Đức)...
Chị cũng tham dự nhiều Festival múa đương đại quốc tế ở Hồng Kông, Hàn Quốc, Australia, Pháp, Đức, Ba Lan... Chị từng giành giải thưởng tài năng trẻ Việt Nam.
Là biên đạo, chị đã có nhiều tác phẩm thành công, được Việt Nam và quốc tế ghi nhận như múa đương đại “Một ngày”, tác phẩm được chọn trình diễn tại Những ngày châu Âu tại Việt Nam năm 2007, “Sống trong hộp” năm 2008.
Năm 2012, chị biên đạo tác phẩm “Zen” và “7X”. Năm 2016, chị làm tác phẩm “Có có không không” lần 2, một vở múa nói về những người đồng tính, thể hiện khát vọng được là chính mình của họ. Một số tác phẩm múa hiện tại đang được trình diễn như: Ionah, Làng chài...
Bên cạnh sự nghiệp là diễn viên và biên đạo múa, chị còn tham dự nhiều chương trình với tư cách là chuyên gia, cố vấn nghệ thuật, đạo diễn, tổng đạo diễn cho nhiều chương trình lớn ở Việt Nam.
Cuối năm 2018, Trần Ly Ly rời vị trí Phó Hiệu trưởng Trường Múa TP. Hồ Chí Minh ra Hà Nội đảm nhận vai trò quyền Giám đốc Nhà hát Nhạc Vũ kịch Việt Nam (VNOB). Chị trở thành nữ lãnh đạo đầu tiên trong 60 năm lịch sử của VNOB.
Năm 2019, nhân kỷ niệm 60 năm thành lập, Nhà hát Nhạc Vũ kịch Việt Nam đã công diễn loạt tác phẩm kinh điển: Người tạc tượng, Hồ thiên nga... Trong đó, Hồ thiên nga lập kỷ lục về số đêm diễn ở Nhà hát Lớn Hà Nội và tạo "cơn sốt vé".