1984年8月8日，佟丽娅出生于新疆伊犁的艺术世家，父母均从事艺术教育，从小佟丽娅就表现出了对艺术，尤其是对舞蹈表演艺术的热爱。1996年，佟丽娅就读于新疆艺术学院附中舞蹈系舞蹈表演专业，2000年就读于新疆艺术学院舞蹈教育专业。佟丽娅的舞蹈风格灵动优美，多次被选中代表新疆地区进京比赛演出，也让佟丽娅与北京结下不解之缘。2004年，佟丽娅参加文化部春节联欢晚会，表演了一支新疆独舞，同年，佟丽娅考入中央戏剧学院就读表演系本科班。2006年，佟丽娅大二时出演由
尔冬升执导的电视剧《新不了情》，凭借剧中“李再爱”一角的清丽表现获得关注，自此正式出道。