1984年8月8日，佟丽娅出生于新疆伊犁的艺术世家，父母均从事艺术教育，从小佟丽娅就表现出了对艺术，尤其是对舞蹈表演艺术的热爱。
2004年，佟丽娅参加文化部春节联欢晚会，表演了一支新疆独舞，同年，佟丽娅考入中央戏剧学院就读表演系本科班。
2012年3月17日，佟丽娅与陈思诚在湖南卫视《快乐大本营》中公布恋情。2014年1月16日，陈思诚与佟丽娅二人在大溪地举行婚礼。
2015年5月佟丽娅再次跟陈思成合作拍摄电影。2015年10月21日，陈思诚在媒体微信群里晒出夫妻二人与婴儿装的合影，证实佟丽娅已怀孕，将有猴宝宝。
2016年1月30日下午，佟丽娅在微博上晒出自己和宝宝、丈夫三个人的牵手照。
2016年5月8日，佟丽娅的首部图书作品《心花朵朵》问世，陈思成倾情作序。《心花朵朵》用大量活泼有爱的漫画，无数脑洞大开的爆笑小故事，神还原了佟丽娅与陈思诚小夫妻的恩爱日常和打打闹闹的欢乐生活。
