牛丽燕出身武术世家,爷爷是全国冠军,因为小时候身体不好,走起路来还是内八字,家里人觉得她学不了武术。从四五岁起,牛丽燕开始学习芭蕾,家人认为跳芭蕾对女孩的腿形、气质都会起到很好的作用。内八字的问题,也从4岁开始直到10岁左右得以矫正好。后来到北京上艺校,专业学习古典舞、民族舞等。
2007年,在悬疑情感剧《
梅花档案2》中饰演农村姑娘白小梅。之后因为经纪合约的问题,较少参与影视剧的演出。
2011年6月,牛丽燕恢复工作的第一部戏是宫晓东执导的古装历史传奇剧《
穆桂英挂帅》,在剧中饰演杨家烧火丫头杨排风;12月17日,出演的宫廷历史剧《
凰图腾》在湖南卫视金鹰独播剧场首播,在剧中饰演女主角缪风燕的妹妹缪风萤,这是她第一次尝试反面角色。
2012年5月4日,参演的都市情感剧《
幸福生活在招手》在央视八套播出;11月20日,出演的战争剧《
猎杀》(又名《唱支山歌给党听》)在湖南经视播出;同年,在
梁冠华主演的抗日战争剧《
猎狼人》中饰演武功高手汤芍。
2013年,在
李铁良执导的现代反恐题材电视剧《
未来战士》中一人分饰萧萧、吴桐两个角色;6月6日,出演的都市悬疑情感剧《
每个人都有秘密》在青岛开机,在剧中饰演外表冰冷干练的外科医生蒋子喻。
2014年,与
于震、
刘小锋、
张光北共同主演战争剧《
炮神》,在剧中饰演名门大户的千金小姐李慕兰,生性贤惠有文化懂医术;9月19日,参演
陈勋奇执导的时尚爱情功夫喜剧片《
缘来是游戏》全国公映,这是牛丽燕继17年前《
风暴上海滩》后跟陈勋奇导演的又一次合作。
2015年4月9日,与
小张铎领衔主演的抗战剧《生死连》在湖南经视播出,在剧中饰演美丽机智、善良细心的八路军医生丁灵,该剧上星播出时取得当季度四川卫视收视率第一,网络点击量突破7亿。
从《凰图腾》《幸福生活在招手》到《穆桂英挂帅》,无论是坏的让人咬牙切齿的缪风萤、抑或是霸道蛮不讲理的宋天然、或是烧火丫头杨排风,不管角色好坏,她们身上都是有女侠元素的,而出身武术世家,有着多年舞蹈经历的牛丽燕游刃有余的塑造这些角色。(网易娱乐、腾讯娱乐评)