父母來自北京及上海，遷移到台灣又移民美國，劉玉玲身為移民第2代，從小在紐約皇后區長大。原本打算就讀密西根大學攻讀亞洲文化相關學位的她，一直很喜歡演戲，並且在畢業那年得到校園舞台劇《愛麗絲夢遊仙境》的女主角。這讓她充滿了信心，一拿到大學文憑就決定搬到洛杉磯，立志成為一個演員。
現在劉玉玲回頭看，當時的自己充滿雄心壯志，就算整個好萊塢沒有像她類似的亞裔明星，也毫無畏懼，「我覺得自己好天真，不知道面前是什麼，或者要面對什麼局面。剛到洛杉磯的時候，我的白人朋友一個星期可以有10次試鏡，但我一個月就只有2到3次，我很清楚自己受到很大的侷限。」
不過劉玉玲把握每個難得的機會，在影集《急診室的春天》演出了3集，然後加入《艾莉的異想世界》打開了知名度，終於讓她成為電影《霹靂嬌娃》的女主角。「我想當別人把你當成異類的時候，反正也沒有什麼損失，所以就不如豁出去吧！」
2012年劉玉玲成為美劇《福爾摩斯與華生》（Elementary）的女主角，一口氣就拍了7季，這讓她領悟到自己可以很長期待在某個地方，因此決定在2015年以代理孕母的方式，生下兒子洛克威爾，成為單親媽媽，「我不想過了30年後，發現自己總是做一樣的工作、講一樣的話，我想要更多。所以我想到，『也許我可以組織自己的家庭。』」她還強調，自己很注重私生活，「我不會把交往對象帶去任何公開活動，因為我不認為任何人都能明白，這樣其實會帶來很大的責任。」
