Lucy Gordon est née à Oxford d'un père enseignant de français et d'une mère infirmière. À sa majorité, elle déménage à New York pour exercer le métier de mannequin, après avoir été repérée par une agence quatre ans plus tôt.
Elle débute sa carrière cinématographique en 2001 dans
Perfume, un drame qui plonge durant une semaine dans le monde de la mode, auprès des mannequins, photographes et journalistes. La même année, l'actrice britannique apparaît dans la comédie romantique Un amour à New York.
Plus tard, dans Les Poupées russes de
Cédric Klapisch, l'actrice tombe sous le charme de
Romain Duris, un écrivain chargé d'écrire sa biographie. Elle rejoint en 2007 le casting de la superproduction de
Sam Raimi,
Spider-Man 3 en entrant dans la peau d'une journaliste TV.
En 2009, elle campe la belle de Cinéman, celle pour laquelle
Franck Dubosc voyage à travers des films légendaires. Elle se voit également confier le rôle de
Jane Birkin dans Gainsbourg, vie héroïque, un biopic consacré au chanteur français signé Joann Sfar.
Après avoir appris le suicide d'un de ses amis, elle décide, deux jours avant son 29e anniversaire, le soir du 20 mai 2009, de mettre fin à ses jours dans son appartement parisien.