Lili Pauline Reinhart néven látta meg a napvilágot 1996. szeptember 13-án Clevelandben az Amerikai Egyesült Államokban. 10 éves korában kezdett el táncolni és kisebb-nagyobb színdarabokban szerepelni. 11 éves korában szerződtette le az első ügynökség. Hogy könnyebben elhelyezkedhessen a színészi pályán, családja úgy döntött New Yorkba költöznek. Egy hónap alatt számtalan castingon vett részt, de édesanyja rátalált egy online casting website-ra, melynek köszönhetően megtalálták az első New York-i ügynökét, Dara Gordont. Dara révén leszerződött az ICM ügynökséggel, később viszont átment az UTA-hoz.

Első igazi filmes szerepét 2011-ben kapta a Különleges ügyosztály című sorozatban. Ezután főszerepet kapott a Lilith című horrorfilmben. 2012-ben a Not Waving But Drowning című filmben játszotta Amy szerepét. 2013-ban szerepelt a The Kings of Summer című filmben, ahol Vicki-t alakított Moses Arias mellett. Majd kisebb szerepet kapott a Gibsonburg és a Forever’s End című alacsony költségvetésű filmekben.

Az áttörést a 2014-es Túlélni Jacket című sorozat hozott, melyben 6 részen keresztül játszotta Heather szerepét. 2016-ban a Miss Stevens című filmben kapott egy főszerepet, majd a The Good Neighbor filmben tűnt fel. Szintén ebben az évben megkapta a The CW új sorozatában a Riverdale-ben Elizabeth Cooper szerepét, azóta pedig már a 7., utolsó évad fut.

2017-ben szerepet kapott a Galveston filmben, ami a 2010-es Nic Pizzolatto novellája alapján készült. A Mélanie Laurent által rendezett filmben Tiffany szerepébe bújt, akit gyermekként örökbefogadtak. A filmet 2018. március 10-én mutattak be a South by Southwest-en és 2018. október 19-től az RLJE Films által korlázotott számú mozikban is vetítették. A Galveston vegyes kritikai értékeléseket kapott és mindössze 190.320 dollár bevételt hozott.

2019. márciusában csatlakozott Lorene Scafaria – Hustlers c. filmjének szereplőgárdájához. Lili Annabelle-t játszotta, egy korábbi sztriptíztáncost, aki csatlakozik Ramona csapatához, hogy droggal elkábítsanak és kiraboljanak Wall Street-i ügyfeleket. Reinhart a karakterét ‘ribis Hannah Montana-nak’ írta le és elárulta, hogy a hányás állatos cracker-ből és spriteból készült.

A Hustlers a Torontoi Nemzetközi Film Fesztiválon került bemutatásra 2019. szeptember 7-én és következő héttől már játszották a mozikban. A film pozitív kritikákat kapott leginkább és világszerte 157.6 millió dollárnyi bevételt hozott. Ugyanebben az évben feltűnt egy rövid pillanatig Elizabeth Banks – Charlie angyalai c. filmjében.

2019 júniusában bejelentették, hogy Lili az Amazon Studios Chemical Hearts című romantikus drámafilmjének női főszereplője lesz, amelyet Richard Tanne írt és rendezett, és a 2016-os Krystal Sutherland-regény, az Our Chemical Hearts alapján készült.

Reinhart játszotta Grace Townt, egy fizikailag sérült középiskolás diákot, aki beleszeret Henry Page iskolaújság-íróba. Amellett, hogy főszerepet játszott, a Chemical Hearts volt Reinhart első executive produceri munkája. A film 2020. augusztus 21-én jelent meg az Amazon Prime Video-n, és vegyes kritikákat kapott.