Sue se narodila 10. července 1946 v americkém státě Iowa. Když o pár let později zazářila ve filmu Lolita, který byl natočen podle románu Vladimira Nabokova, neměla moc hereckých zkušeností.
Tématem je sexuální posedlost muže ve středních letech dospívající dívkou. Za ztvárnění Lolity získala Sue Lyonová cenu Zlatý glóbus pro nejslibnější začínající herečku.
Toto dílo je jedním z nejznámějších a nejkontroverznějších románů literatury 20. století. Jméno Lolita se stalo součástí jazyka jako označení sexuálně přitažlivé nezletilé dívky.
Sue Lyonová se poté objevila téměř ve dvou desítkách filmů. V roku 1964 například v roli teenagerky ve filmu The Night of the Inguana (Noc s leguánem) a to po boku Richarda Burtona. Dále pak účinkovala ve filmu 7 woman a v mnohých dalších.
Lyonová zemřela ve čtvrtek v Los Angeles. Její dlouholetý přítel Phil Syracopoulos listu NYT řekl, že ji v poslední době trápilo špatné zdraví.
