Hija de los actores Kate Beckinsale y Michael Sheen, Lily Mo Sheen debutó en la pantalla grande a lado de su madre en Inframundo: la evolución (2006), cuando tenía siete años de edad. Durante su niñez actuó en un par de películas, pero después dejó los sets de filmación para dedicarse a sus estudios, los cuales realizó en la Harvard-Westlake School en StudioCity, una escuela secundaria para niños superdotados. En 2022 regresa a la actuación interpretando a a la hija de una estrella de cine en El peso del talento, su primer papel importante en una película. Su personaje Addy es la hija de Nick Cage (una versión ficticia de Nicolas Cage), quien lucha por conectarse con ella mientras busca su próximo gran proyecto.