Полное имя актрисы — Николь Эванджелин Лилли.

Ее отец — учитель математики, мать — консультант по красоте. Кроме Эви в семье есть еще две дочери.
С 14 лет она была волонтером в организациях, помогающим детям. В 18 она отправилась в филиппинские джунгли в составе миссионерской группы, где жила в травяной хижине.
Лилли-студентка училась в университете на факультете международных отношений, готовилась получить ученую степень и стать миссионером.
Однажды на улице представитель модельного агентства Ford предложил девушке заключить контракт. Реакция будущей актрисы была первоначально негативной, но спустя 6 месяцев подписала контракт и стала сниматься в рекламе.
Перед тем, как получить роль в фильме «Остаться в живых» («Lost») , Эванджелин сменила множество профессий. Она в разное время работала стюардессой, официанткой, моделью, и даже пыталась стать специалистом по нефтяным буровым установкам.
В конце мая 2011 года Эванджелин родила мальчика от Нормана Кали — ассистента режиссера сериала «Остаться в живых».