Liv Ullmann quitte la Norvège pour Londres où elle suit des cours d'Art Dramatique. Un an plus tard, elle revient dans son pays d'origine et commence une longue carrière théâtrale.
Liv Ullmann débute au cinéma en 1957. Elle rencontre Bibi Anderson qui fait déjà partie de l'entourage d'Ingmar Bergman. Celui-là, frappé par la ressemblance des deux femmes, les fait tourner ensemble dans Persona (1966), oeuvre étrange sur le thème du double. Le nom de Liv Ullmann devient indissociable de celui d'Ingmar Bergman, à l'écran comme à la ville. Leur union nourrit souvent leurs oeuvres communes (Scènes de la vie conjugale, 1973), et c'est dans les films de Bergman que l'actrice obtient ses plus beaux rôles (Une passion, 1969 ; Face à face, 1976). A partir de 1973, elle cherche à s'imposer à l'étranger. Elle tourne à Hollywood, dans Lost horizons (1973) de Charles Jarrot, remake du film de Frank Capra ; en France, dans La diagonale du fou (1983) de Richard Dembo, avec Michel Piccoli et Jean-Hugues Anglade ; en Italie, dans Speriamo che sia femmina (Pourvu que ce soit une fille, 1985) de Mario Monicelli, avec Philippe Noiret et Catherine Deneuve. Mais ses apparitions dans ces productions internationales ne sont guère heureuses. Elle passe à la réalisation en 1992 avec Sofie, dont elle a aussi écrit le scénario, et renouvelle cette expérience en 1995 avec Kristin Lavransdatter.
Liv Ullmann se produit sur les planches avec notamment Maison de poupée. Surnommée "la star aux 45 000 enfants", Liv Ullmann s'engage dans de nombreuses associations caritatives d'aide à l'enfance. A New York, elle parraine l'association "Les 45 000 petits New-Yorkais sans toit", et elle est le porte-parole de l'Unicef dans le tiers monde.
Elle publie deux livres : Devenir (1977), oeuvre autobiographique, et Décisions (1985), dans lequel elle confie ses expériences de l'après-Bergman ainsi que son engagement auprès de l'Unicef.
Courts métrages 1981 | Parting | Liv Ullmann |
| 1997 | World of Skanska (The) | Liv Ullmann |
| 1997 | World of Skanska (The) | Liv Ullmann |
| 1978 | Bakomfilm höstsonaten | Ingmar Bergman |
| 1995 | I am curious, film | Stig Björkman |
| 2004 | Parce que c'était eux | Alexandre Barry |
Longs métrages| 1980 | Love | Annette Cohen, Nancy Dowd, Liv Ullmann, [etc.] |
| 1992 | Sofie | Liv Ullmann |
| 1995 | Enskilda samtal | Liv Ullmann |
| 1995 | Kristin Lavransdatter | Liv Ullmann |
| 1995 | Lumière et compagnie | Sarah Moon, Patrice Leconte, Gabriel Axel, [etc.] |
| 1999 | Trolösa Infidèle | Liv Ullmann |
| 2013 | Miss Julie Mademoiselle Julie | Liv Ullmann |
| 1992 | Sofie | Liv Ullmann |
| 1995 | Kristin Lavransdatter | Liv Ullmann |
| 2013 | Miss Julie Mademoiselle Julie | Liv Ullmann |
| 1959 | Ung flukt | Edith Carlmar |
| 1962 | Kort är sommaren L'Amour sous le soleil de minuit | Bjarne Henning-Jensen |
| 1965 | Persona | Ingmar Bergman |
| 1967 | Skammen La Honte | Ingmar Bergman |
| 1967 | Vargtimmen L'Heure du loup | Ingmar Bergman |
| 1968 | En passion Une passion | Ingmar Bergman |
| 1969 | An-Magritt | Arne Skouen |
| 1970 | De la part des copains | Terence Young |
| 1970 | Night Visitor (The) | Lazslo Benedek |
| 1970 | Nybyggarna Le Nouveau monde | Jan Troell |
| 1970 | Utvandrarna Les Emigrants | Jan Troell |
| 1971 | Pope Joan Jeanne, papesse du diable | Michael Anderson |
| 1971 | Viskningar och rop Cris et chuchotements | Ingmar Bergman |
| 1972 | Forty Carats Quarante carats | Milton Katselas |
| 1972 | Lost Horizon Les Horizons perdus | Charles Jarrott |
| 1973 | Abdication (The) | Anthony Harvey |
| 1973 | Scener ur ett äktenskap Scènes de la vie conjugale | Ingmar Bergman |
| 1973 | Zandy's Bride | Jan Troell |
| 1974 | Léonor | Juan Luis Buñuel |
| 1975 | Ansikte mot ansikte Face à face | Ingmar Bergman |
| 1975 | Scener med Ingmar Bergman (Tre) | Jörn Donner |
| 1976 | A Bridge Too Far Un pont trop loin | Richard Attenborough |
| 1976 | Schlangenei (Das) L'Oeuf du serpent | Ingmar Bergman |
| 1977 | A Look at Liv | Richard Kaplan |
| 1977 | Herbstsonate Sonate d'automne | Ingmar Bergman |
| 1980 | Richard's Things | Anthony Harvey |
| 1983 | Bay Boy (The) Un printemps sous la neige | Daniel Petrie |
| 1983 | Diagonale du fou (La) | Richard Dembo |
| 1983 | Wild Duck (The) | Henri Safran |
| 1985 | Speriamo che sia femmina Pourvu que ce soit une fille | Mario Monicelli |
| 1986 | Mosca addio | Mauro Bolognini |
| 1987 | Gaby | Luis Mandoki |
| 1988 | Amiga (La) | Jeanine Meerapfel |
| 1989 | Rose Garden (The) | Fons Rademakers |
| 1990 | Mindwalk | Bernt Amadeus Capra |
| 1991 | Oxxen | Sven Nykvist |
| 1991 | Sadako and the thousand paper cranes | George Levenson |
| 1992 | Long Shadow (The) | Vilmos Zsigmond |
| 1994 | Dromspel | Unni Straume |
| 1994 | Zorn | Gunnar Hellström |
| 1997 | Liv Ullmann scener fra et liv | Edvard Hambro |
| 2000 | Ljuset håller mig sällskap | Carl-Gustav Nykvist |
| 2003 | Saraband | Ingmar Bergman |
| 2011 | Zwei Leben D'une vie à l'autre | Georg Maas, Judith Kaufmann |
| 2016 | Auf der Suche nach Ingmar Bergman A la recherche d'Ingmar Bergman | Margarethe von Trotta, Félix Moeller, Bettina Böhler |
| 2021 | Mehr denn je [Plus que jamais] | Emily Atef |