Елізабет Герлі народилася в Бейзінгстоку, графство Гемпшир, Англія. Її батько — Рой Леонард Герлі, протестант, чиновник; мати — Анджела Герлі (до шлюбу — Тітт), католичка, шкільна вчителька. У неї є старша сестра — Кейт Герлі та молодший брат — Майкл Джеймс Герлі. Герлі закінчила London Studio Centre, де навчалася за класом танцю і театру. Після цього Герлі працювала в театрі та на телебаченні.

У кіно Герлі дебютувала у фільмі Брюса Бересфорда «Арія» (1987). 1988 року, після завершення зйомок у мінісеріалі «Кристабель», де Елізабет грала головну роль Кристабель Байленберг (1988), вона знялася в кількох європейських стрічках. На зйомках фільму «Гребти за вітром» 1987 року в Елізабет зав'язався роман з актором Г'ю Грантом, з яким вона зустрічалася 13 років до їхнього розставання в травні 2000 року.

Голлівудським дебютом Герлі став фільм «Пасажир 57» (1992) з Веслі Снайпсом у головній ролі. Попри популярність фільму, ця роль не принесла Герлі належної уваги продюсерів і режисерів, і пропозицій про гідні ролі не надійшло. Герлі була розчарована і вирішила повернутися до рідної Англії. Невдовзі її популярність почала зростати, частково завдяки стосункам з Г'ю Грантом, а також представленню її як моделі в елітному косметичному домі Estée Lauder Companies.

1994 року Елізабет разом з Г'ю Грантом заснувала кінокомпанію Simian Films (у співпраці з Castle Rock Entertainment). Їхнім першим спільним проєктом став медичний трилер «Крайні заходи» (1996) із зірковим акторським складом: з Г'ю Грантом, Джином Гекменом і Сарою Джессікою Паркер. Над цим фільмом Герлі працювала як продюсерка. Пізніше з'явилося ще кілька її робіт як продюсерки. Елізабет відтоді знялася в кількох успішних картинах, але однією з найвдаліших і найвідоміших її робіт залишається роль привабливого диявола у фільмі «Зачарований бажаннями» (2000).