吕星辰的小学教育阶段是在德胜阳光小学度过的。早在小学时期，她便在杭州市少年宫开启了表演艺术方面的早期培训，同时系统地学习了声乐、钢琴以及舞蹈等多种才艺。在参加第一届全国小童星选拔赛的过程中，吕星辰凭借出色的表现，荣获了声乐项目的二等奖以及舞蹈项目的三等奖，展现了其多方面的艺术潜力。进入初中后，吕星辰于初一学年考入北京舞蹈学院进行专业学习；至初三时，她转而进入中央音乐学院附中，在主修声乐的同时，也辅修了钢琴课程，进一步深化了自己的音乐素养。在顺利完成高中学业后，吕星辰通过考试，成功被北京舞蹈学院音乐剧系录取，继续在专业的艺术道路上深造。
二零一零年，当时还是一名高中生的吕星辰便获得了出演章明导演文艺爱情电影《郎在对门唱山歌》的机会，在片中担任女主角，饰演一位名叫刘小漾的高中生。凭借在此片中的出色表现，她一举斩获了第十四届上海国际电影节最佳女演员金爵奖影后桂冠，同时亦荣获该电影节传媒大奖最佳新人女演员的称号。次年，她再次与章明导演合作，在其执导的剧情电影《那一片栀子花》中担纲女主角，并且挑战了一人分饰两角的表演，生动演绎了两位性格截然不同、命运起伏交织的年轻女性。二零一二年，吕星辰出演了由陈静导演执导的教育题材电影《紫香槐下》，在片中扮演女主角，一位思想新潮、性格开朗活泼的时尚青年教师“叶小苏”。到了二零一三年，她主演了章明导演的轻喜剧电影《9号女神》，展现了其表演风格的多样性。二零一五年，她首次参演由龙一小说改编的谍战题材电视剧《代号》，在剧中饰演了著名的侦探小说作家蓝青瑶一角。二零一六年，她在古装科幻剧《天泪传奇之凤凰无双》中亮相，饰演了兰国的嫔妃淑妃。二零一七年，吕星辰出演了都市情感剧《真爱的谎言之破冰者》，饰演外表看似柔弱、内心却无比坚韧的医生黄馨月；同一年，她还参演了都市爱情电影《桃源》，在片中扮演张楚的现任妻子李红。二零一八年，她主演了剧情片《日光之下》，饰演在饭店工作的服务员谷溪，该项目不仅荣获了上海国际电影节CFPC优秀电影项目，还入选了中国电影导演协会第三届青葱计划五强；同年，她还与新世相合作，参与了《晚安女孩》、《凌晨四点的重庆》等广告短片的拍摄工作；此外，她亦主演了爱情电影《故人如梦》并担任女主角。二零一九年四月九日，由她搭档杨仕泽、蔡知辰、冯建宇、任宥纶等人主演的刑侦悬疑剧《晨阳》正式开播，她在剧中饰演女一号关洁（萨维卡）；同年十二月三十一日，她与白百何、张子枫、魏大勋合作主演的剧情电影《亲爱的新年好》上映，她在片中饰演了都市女孩冯金金。在第十四届北京国际电影节的相关活动图中也能看到她的身影。二零二零年十一月二十七日，她主演的文艺片《日光之下》上映，她在片中饰演了一位因没有户口而面临失业困境的少女谷溪。二零二一年四月七日，她主演的爱情电影《战疫时期的爱情》在腾讯视频平台独家播出；五月十五日，她主演的电影《一百零八》定档上映，她在片中饰演驻唱歌手肖兰。二零二二年八月八日，她主演的战争题材电影《孤军》正式开机；八月十二日，她领衔主演的中美意合拍科幻电影《孤星人》在曼哈顿13街的QUAD Cinema影院正式公映，她在片中饰演中国姑娘楚瑶；十一月二日，她参演的悬疑剧《不期而至》播出，她在剧中饰演罪犯安瑞云；十二月，她受邀担任了第四届海南岛国际电影节金椰奖短片单元的评委。二零二三年三月二十四日，她主演的历史题材电影《望道》上映，她在片中饰演陈望道妻子的闺蜜林茵；三月三十日，她主演的青春爱情电影《云上的云》在浙江丽水缙云县开机；五月七日，她出演的女性题材情感剧《外婆的新世界》播出，她在剧中饰演外婆工厂的徒弟焦亚楠；四月十五日，她参演的都市爱情电影《爱很美味》上映，她在片中饰演女明星谭可欣；七月十六日，她参演的年代民族剧《父亲的草原母亲的河》播出，她在剧中饰演虞萍的女儿莫桑梓；十月十八日，她参演的悬疑类网剧《仿生人间》播出，她在剧中饰演雕塑师金焰；十一月十三日，她出演的现实题材政法大剧《此心安处是吾乡》播出，在剧中饰演方菲；十二月十五日，她主演的电影《月光武士》上映；十二月二十八日，她参演的电影《孤军》定档播出，在片中饰演李桂英。二零二四年四月三日，她参演的电影《草木人间》上映；五月四日，她参加了《第31届大学生电影节》；六月，她凭借在《日光之下》中饰演的谷溪一角，获得了中国电影导演协会2020年度女演员的提名；十月十八日，她参演的电影《云上的云》上映；九月二十四日，她参演的电影《怒江》亮相平遥国际电影展，她在片中饰演天天；十一月二十三日，她出演的都市情感剧《不讨好的勇气》播出。二零二五年二月十四日，她参加的综艺节目《演员请就位第三季》播出；三月八日，她友情出演的电影《天堂旅行团》上映；八月二十三日，她出演的女性励志传奇剧《芳名三九》开机；八月二十八日，她出演的悬疑剧《目之所及》播出；十二月九日，她主演的都市罪案悬疑剧《超感迷宫》播出。二零二六年一月十三日，她主演的电视剧《美顺与长生》正式杀青；二月四日，她参演的电影《猎枭风暴》播出。
二零二零年四月，青年演员吕星辰受邀参与了第三季“领读中国”大型公益阅读推广项目中的“大咖荐读”特别环节。在活动中，她积极向广大公众发出诚挚倡议，鼓励全民踊跃加入系统性的阅读计划，并深情呼吁社会各界人士养成持续阅读的良好习惯，多读经典佳作、品味优秀作品，真正体会到阅读带来的乐趣与力量。
在第十四届上海国际电影节评委会的评语中，吕星辰被评价为展现了一个中国现代女性真实且充满层次感的内心世界，她将女性角色复杂而多维的欲望呈现得如此丰富与完整，这在当下的表演艺术中显得尤为难得。许多业内人士也指出，吕星辰身上具备着导演的潜质，她在工作中表现出的沉稳与掌控力远超其年龄，能够从容驾驭片场。更为突出的是，她拥有一种非凡的理解与共情能力，善于塑造那些内心世界细腻而饱满的人物，并在关键时刻迸发出强烈的戏剧张力。凭借其充满灵性且富有感染力的表演，吕星辰的作品陆续入选了上海国际电影节“亚洲新人奖”以及北京国际电影节“北京展映”的华语力量单元，展现出令人瞩目的专业实力。走过近十年的演员生涯，吕星辰在诠释各类角色时愈发显得从容平和、技艺纯熟，不断在表演道路上深化着自己的艺术表达。