一九八四年，牛莉正式加入专业花样游泳队，开始了她的运动员生涯。仅仅两年后，她便随队在一九八六年举办的全国第一届女子花样游泳比赛中脱颖而出，成功夺得团体项目冠军，展现了出色的运动天赋。十五岁那年，她的人生轨迹发生转变，从水上项目转入陆上项目，成为了八一射击队的一员。在此期间，她曾与日后闻名世界的射击名将王义夫及奥运冠军李对红共同训练，成为队友。凭借不懈努力，牛莉在一九九零年荣获全军射击冠军，运动事业达到一个高峰。 然而，正当她处于运动生涯的上升期时，她的母亲出于家庭考虑，将她从原所属的中国人民解放军广州军区调动至身边的中国人民解放军北京军区。令人遗憾的是，就在调动完成后不久，她所在的射击队因故解散，这使她的运动员之路戛然而止。面对这一突如其来的转折，牛莉没有沉溺于失落，而是积极规划未来，毅然决定报考艺术类院校，向表演领域发展。 她的艺考之路并非一帆风顺。她首先尝试报考中央戏剧学院，但在初试阶段便遗憾未能通过。这次挫折并未让她气馁，她随即调整状态，接连报名参加了北京电影学院和解放军艺术学院的招生考试。经过层层选拔，她最终凭借自身的潜质与努力，成功被解放军艺术学院录取，从而开启了人生崭新的艺术篇章。
一九九一年九月，牛莉首次登上大银幕，在历史战争题材影片《大决战》中饰演了一位小新娘的角色，这标志着她演艺生涯的正式起步。随后在一九九三年，她出演了电视剧《我爱我家》，并在剧中成功塑造了小林这一人物。这部剧集《我爱我家》在豆瓣平台上至今保持着九点四的高分评价（数据截至二零二三年二月），当年播出时不仅创下了收视率榜首的纪录，其重播率也位居前列，凭借在此剧中的出色表现，牛莉开始逐渐受到广大观众和业内导演的关注与认可。一九九四年，她参演了由王冀邢执导的历史爱情剧《布尔什维克兄弟》，该剧于中国大陆播出，她在剧中扮演了王畅这一角色。进入一九九五年十二月，牛莉首次担纲主演，在顾晶执导的犯罪题材剧集《重案探组》中饰演了核心人物秦小乔。次年十月，她与演员巫刚联袂主演了励志电影《归国留学生》，在片中生动演绎了童京京这一角色。一九九七年，牛莉在李森执导的古装警世剧《大贪官和珅》中亮相，饰演了和珅的二姨太玉莲；同一年，她还参演了张绍林执导的历史战争剧《水浒传》，在剧中化身为病关索杨雄的妻子潘巧云。时间来到一九九九年，牛莉与张铁林、王菁华等演员合作的电视剧《聊斋先生》正式播出，她在剧中挑战自我，一人分别饰演了颜如玉和圣花两个截然不同的角色。两千年的牛莉继续拓宽戏路，先是与张世联合出演了二十集轻喜剧《男人不难嫁》，再次一人分饰两角，精彩演绎了金娣和林海青；同年六月，她又与张庭、焦恩俊共同主演了古装喜剧《绝色双娇》，在剧中饰演扬州城新任知府秦中玉的女儿秦采青，该剧在北京电视台首播后获得了良好的反响，使更多观众认识了牛莉，从而进一步提升了她的公众知名度与影响力。
二零零一年，演员在杨亚洲导演的家庭情感剧《空镜子》中担任领衔主演，她所塑造的角色是孙家那位容貌出众、才华横溢的大女儿孙丽。这一深入人心的演绎不仅赢得了观众的广泛认可，也让她获得了业界的专业肯定，相继入围第二十二届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖以及第二十届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖提名。二零零三年，她首次登上中央电视台春节联欢晚会的舞台，与黄宏、沈畅共同合作表演了小品《足疗》，展现了其在喜剧表演方面的才能；同一年，她还在陈家林执导的大型古装历史剧《江山风雨情》中出演了重要角色，饰演了历经风云、睿智沉稳的庄妃孝庄文皇后，即皇太极的妃子，这一角色进一步拓宽了她的表演路径。到了二零零四年，她与周杰联袂主演了聚焦反黑题材的电视剧《非常道》，在剧中扮演坚毅果敢、业务能力突出的刑警队骨干沈婷，成功塑造了一位现代职业女性的鲜明形象。二零零五年，她再次受邀参与央视春晚，与郭冬临搭档演绎了生活气息浓郁的小品《男子汉大丈夫》，收获了良好的现场反响。二零零六年，她连续第三年现身春晚舞台，此次与冯巩、朱军合作表演了小品《跟着媳妇当保姆》；同年，她还参演了由张新建与孔笙联合执导的古装创业题材剧集《闯关东》，在剧中饰演朱开山的长子朱传文的妻子那文。这个角色原本是清朝末落的皇族格格，在家族衰败后流落至元宝镇，最终与朱传文相识相守，其命运波折与性格转变被演员刻画得细腻而富有层次。
二零零八年，她与演员董勇共同出演了由导演杨竞泽执导的一部年代情感剧《祸福相依》，在剧中她扮演了司机黄涛的未婚妻胡玉华一角，通过细腻的表演展现了角色在特定时代背景下的情感纠葛。到了二零零九年，她与贾一平联袂主演了一部聚焦平民生活的家庭情感喜剧《完美婚礼》，在剧中她生动诠释了婚庆公司职员田可馨的形象，这是一个怀揣梦想、渴望成为优秀婚礼主持人的年轻女性。二零一零年，她与郭冬临搭档表演的春晚小品《一句话的事儿》获得了当年虎年春节联欢晚会观众最喜爱节目小品类二等奖，其幽默而真挚的演出给观众留下了深刻印象；同年十二月，她参演了由张国立自导自演的家庭伦理剧《养父》，该剧于沈阳广播电视台新闻频道进行了首播。二零一一年，她再度登上春晚舞台，与冯巩合作表演的相声剧《还钱》荣获了兔年春节联欢晚会“我最喜爱的春节晚会节目”一等奖，展现了她在喜剧表演方面的多样才华；同年，她在史晨风执导的都市情感剧《幸福生活在招手》中饰演了能力出众、性格强势却内心柔软的周雨晴，精准刻画了这位“刀子嘴豆腐心”的女性形象；此外，在同一年度，她还主演了由钟少雄执导的一部现代都市题材剧集《房战》，进一步拓宽了她的表演领域。
二零一二年，演员在由宋海波与高希希共同执导的空军题材史诗战争剧《白云飘飘的年代》中，成功塑造了国民党起义英雄薛建生的妹妹、航校医院院长薛华北这一角色；同年，她还参与了梦继执导的一部以家庭生活为背景的轻喜剧《宝贝》的演出；也在同一年内，她于一部当代都市题材剧集《媳妇的美好宣言》中出演了牙医余快的前妻华婷露。进入二零一三年三月，她领衔主演了由龚艺群执导的军旅情感剧《军婚》，深入刻画了剧中人物的情感世界；同年，她与林永健搭档，共同主演了王小康执导的家庭伦理剧《新女婿时代》，凭借在此剧中的出色表现，她荣获了首届央视中国电视剧年度明星盛典颁发的十佳演员称号。二零一四年，她受邀加盟浙江卫视推出的一档喜剧选秀节目《中国喜剧星》，并担任了节目导师；同年，她与陈宝国、冯远征等资深演员联袂合作，主演了张新建执导的农民史诗剧《老农民》，在剧中她生动演绎了那位性格坚强、勇敢质朴的老农民灯儿，这一角色为她赢得了业界高度认可，并凭借该剧斩获了第十一届中美电影节的最佳女主角奖项。
自2016年起，演员牛莉在多部影视作品中持续活跃，为观众带来了丰富的角色演绎。2016年12月19日，她参演的电视剧《我的继父是偶像》正式与观众见面，开启了其近年来的影视旅程。到了2018年，她与知名演员张嘉译携手合作，共同出演了一部聚焦都市情感的电视剧《美好生活》，该剧的播出进一步展现了她在现实题材作品中的表现力。2019年12月1日，牛莉主演的都市情感轻喜剧《热爱》如期播出，以其轻松幽默的风格获得了不少关注。进入2020年，她主演了一部家庭都市剧《嗨，什刹海》，在剧中她细腻刻画了庄志存的前妻惠心这一角色，将人物复杂的情感世界呈现得颇为到位。 2021年，牛莉的演艺事业继续保持活跃态势。2月7日，她与姜武领衔主演的都市轻喜剧《小幸福》于湖北卫视长江剧场播出，她在剧中饰演的罗美娟一角给观众留下了深刻印象；同年11月12日，她参演的一部聚焦抗疫主题的电影《武汉，你好！》在爱奇艺平台独家上线，通过影像致敬了特殊时期的奉献精神。时间来到2023年，5月3日，由金晨主演、牛莉参演的电视剧《平凡之路》在中央电视台电视剧频道黄金强档播出，并同步在腾讯视频进行全网独播，她在剧中饰演的唐美艳展现了其角色的多面性；同年12月22日，她以特邀演员身份参与的作品《不讨好的勇气》顺利杀青。 2024年，牛莉的影视作品继续与观众见面。6月8日，她参演的一部喜剧电影《我才不要和你做朋友呢》登陆院线上映；随后在11月23日，她出演的电视剧《不讨好的勇气》也正式播出。展望已公开的计划，2025年6月30日，她出演的电视剧《亲爱的你》将与观众见面；紧接着在7月3日，她参演的电影《巴扎喜事》也将上映；同年9月29日，一部由她出演的青春爱情题材电影《爱不释手》在江苏金湖正式开机。进入2026年，1月1日，她参演的另一部电影《过家家》预计也将登上大银幕。这一系列作品记录了她近年来在影视领域的稳步耕耘与持续贡献。
一九九七年，演员牛莉与相恋多年的男友步入婚姻殿堂。她的丈夫并非演艺圈内人士，两人相识于牛莉刚从解放军艺术学院毕业之际，在漫长的相处中感情日渐深厚。自结婚以来，夫妇二人始终相互扶持，感情融洽，是娱乐圈中备受称道的模范夫妻。二零零七年，他们的家庭迎来了新的成员，牛莉顺利诞下一名女儿，自此生活更添温馨与圆满。这段平稳而幸福的婚姻生活，与牛莉在《###BOOKTITLE_1###》等作品中所展现的荧幕形象相映成趣，也让她在事业与家庭之间找到了美好的平衡。
在2010年中央电视台虎年春节联欢晚会圆满落幕之后，演员牛莉将她于小品《一句话的事儿》中所穿着的那件备受瞩目的粉红色大衣进行了公开拍卖。此次拍卖活动所获得的全部款项，均被计划用于公益慈善捐赠，具体将捐助给中国青少年发展基金会，以支持青少年教育与发展事业。与此同时，这笔善款也将为河北省承德市筹建中的“牛莉希望小学”募集必要的建设资金，旨在为当地孩子们创造更好的学习环境与成长条件。
演员牛莉在《###BOOKTITLE_1###》中对“坏女人”周小白一角的刻画可谓入木三分，其精湛的演技将角色的复杂性与可憎之处展现得淋漓尽致，从而在观众中引发了强烈的情绪共鸣。这种成功的塑造甚至使得部分观众将对剧中人物的深切厌恶，不自觉地迁移到了演员牛莉本人身上，这从侧面印证了其表演所具有的强大说服力和感染力。