Fille de Antonia Minor et de Drussus et sœur de Germanicus et de Claude. Elle épousa le prince de la jeunesse, Caius, petit-fils d’Auguste et quelque temps désigné comme son successeur. À la mort suspecte de celui-ci, on lui fit épouser Drusus, fils de Tibère.
À la mort de Drusus, après l’accession de Tibère au trône, elle se montra publiquement comme la maîtresse de Séjan, favori de l’empereur, qui chercha à l’épouser pour entrer dans la famille impériale.
Ses machinations avec Séjan firent condamner Agrippine l’Aînée, sa rivale et belle-sœur ainsi que ses enfants qui briguaient la succession de Tibère.
Les complots de Séjan découverts, Tibère reçut une dénonciation racontant la participation de Livilla à ces crimes ainsi que celui, non prouvé d’avoir empoisonné son mari Drusus.
Elle fut condamnée à mourir de faim, recluse dans ses appartements, par sa propre mère Antonia, en 31. Sa mémoire fut damnée par le Sénat, et ses statues brisées.