林莉出生于福建省福清市江阴镇高岭村的一个普通农民家庭。她自幼身体素质出众，在小学二年级的一次课间活动中，因与同学进行赛跑，其奔跑速度与协调性引起了福清市少年体校排球教练杨香明的注意，随后便被选入福清市少年体校，开始接受系统的排球训练。2004年，凭借在训练和比赛中展现出的潜力，林莉进一步被福州市体校的教练看中，从而进入福州市体校深造。在福州市体校女排队伍期间，该队在同级别的各类赛事中表现优异，屡获胜利，而林莉凭借其突出的进攻能力与稳定的发挥，逐渐成长为队内不可或缺的主力得分手。
林莉的运动生涯始于2006年，当时年仅14岁的她成功入选福建省女子排球队。进入省队后，教练组根据她的技术特点与发展潜力，将其场上位置从原先的主攻手调整为专职自由人。经过数年的刻苦训练与比赛磨练，到2010年时，林莉已凭借稳定的发挥逐渐坐稳了福建女排主力自由人的位置。在随后的多个赛季中，她一直随福建队征战国内联赛：2011-2012赛季，球队获得全国女排联赛第九名；2012-2013赛季，位列第十一名；2013-2014赛季，再次取得第九名的成绩；而至2014-2015赛季中国女排联赛，福建队的排名提升至第六名；2016-2017赛季，球队最终排名第九。 2017-2018赛季中国女排超级联赛第一阶段赛事中，林莉在福建女排对阵河南女排的比赛中表现突出，帮助球队以3比0取胜，并个人荣膺该场比赛的最有价值球员。进入联赛第二阶段，林莉转会至浙江女排效力。在该赛季第二十一轮浙江女排与广东女排的激烈对决中，浙江队以3比2获胜，林莉凭借出色的防守与串联作用，再度获评单场最有价值球员。该赛季浙江女排最终取得了第六名的成绩。2019-2020赛季中国女排超级联赛，林莉以临时转会身份加盟广东女排。在该赛季中，广东女排整体发挥稳定，最终夺得联赛第四名。林莉在整个赛季中防守稳健、一传到位率突出，因而入选赛季最佳阵容，并荣获最佳自由人奖项。这些经历逐步奠定了她在国内排坛作为顶尖自由人的地位，也为她后续入选国家队并参与国际大赛积累了重要基础。
2011年，林莉凭借其扎实的技术和稳定的发挥，成功入选国家女排青年队，开启了她在国家队层面的征程。同年，她随队参加了世界青年女排锦标赛，并以主力自由人的身份首发出场。在关键的比赛中，她凭借出色的防守和一传表现，帮助中国女排青年队以3比1的比分力克美国女排青年队，最终助力队伍夺得了该届世锦赛的铜牌，展现了巨大的潜力。2015年对于林莉而言是收获颇丰的一年，她先是随队出战亚洲女子排球锦标赛并成功夺得冠军。随后，在世界女排大奖赛中，中国女排整体获得第四名。同年，更重要的成就接踵而至，林莉参加了在日本举行的2015年女排世界杯，她作为队伍后防的重要一环，为球队的夺冠立下了汗马功劳，同时中国女排也借此胜利顺利拿到了2016年里约奥运会的参赛资格。2016年7月10日，世界女排大奖赛总决赛落幕，尽管中国女排最终位列第五，但林莉个人却凭借在整个赛事中极其稳定而出色的表现，成功入选赛事最佳阵容，并荣获最佳自由人的奖项。紧接着在7月18日，里约奥运会中国女排的正式参赛名单公布，林莉的名字赫然在列，她不仅是名单中的一员，更是队内唯一的自由人选手，肩负着重要的防守重任。在万众瞩目的里约奥运会决赛中，林莉延续了其高水平的发挥，在防守端贡献了多次关键救球，为中国女排以3比1战胜强大的塞尔维亚女排提供了坚实保障，助力中国女排时隔十二年再度登上奥运冠军的领奖台。赛后，林莉再次凭借卓越表现入选奥运会最佳阵容，并荣获最佳自由人称号，其个人实力得到了世界排坛的广泛认可。2017年，林莉继续随国家队南征北战，她参加了在瑞士蒙特勒举行的瑞士女排精英赛，最终队伍获得季军。同年，她又随队出征在日本举行的女排大冠军杯赛，并帮助中国女排成功夺得冠军。2018年，林莉的身影出现在印度尼西亚雅加达亚运会的赛场上，在女排项目的比赛中，她几乎场场首发出战，以其稳定的发挥助力中国女排以八战全胜的骄人战绩，毫无悬念地摘得了雅加达亚运会的金牌。同年9月24日，林莉成功入选中国女排出征2018年世界女排锦标赛的14人最终名单。在随后的世锦赛征程中，她继续扮演着后防中坚的角色，并于10月20日随队一起获得了该届世锦赛的季军。时间来到2019年，林莉在7月参加的世界女排联赛中，再次帮助队伍取得了季军的成绩。同年9月6日，她入选了女排世界杯中国女排的25人大名单，随后在9月9日国际排联公布的16人最终参赛名单中，林莉的名字再次在列。她随队一路拼搏，最终成功获得了2019年女排世界杯的冠军，延续了中国女排的辉煌。2020年12月30日，林莉入选了国家女排2021年集训运动员名单，这标志着她依然是国家队体系中备受信赖的重要成员。
2022年10月24日，前中国女排运动员林莉通过其个人社交媒体平台正式对外宣布，自己将结束长期以来的专业运动生涯。与此同时，她已入职福建理工大学，并受聘担任该校体育教研部的副教授一职，从而开启了人生中全新的教师职业阶段。这一转变标志着她从一位在赛场上拼搏的杰出运动员，成功转型为投身于体育教育事业的高校教师，将在另一个领域继续贡献自己的专业知识和经验。
林莉在排球赛场的一传技术方面展现出显著的天赋，她对于来球的预判与处理尤为出色，许多到位球的质量都达到了极高的水准，为队伍的进攻组织奠定了可靠的基础。此外，她的身体素质也相当出众，不仅反应敏捷，移动速度也非常快，能够在防守端覆盖较大的范围。纵观中国女排的历史，林莉或许可以称得上是其中最为低调的世界冠军之一，她始终以踏实沉稳的作风专注于比赛，其贡献与实力常常在聚光灯之外静静绽放。