Lia Boysen är i stort sett självlärd som skådespelare. Det stora genombrottet kom med Peter Birro och Lukas Moodyssons TV-serie och film Det nya landet år 2000 för vilken hon nominerades till en Guldbagge. Hon belönades 2006 med en Guldbagge för bästa kvinnliga biroll i filmen Sök.
Boysen har även arbetat med utlandsproducerade filmer, bl.a. Les grandes personnes – De vuxna (2008) och Rende-vous à Kiruna (2012).
Hon har även arbetat som uppläsare för ljudböcker, bland annat Liza Marklunds Asyl och Gömda. Sommaren 2016 medverkade hon i TV-serien Stjärnorna på slottet som sändes i januari 2017.
Boysen var 1997–2012 gift med skådespelaren Anders Ekborg och de har två döttrar tillsammans.
Med sin sambo Per Broman öppnade hon 2020 det annorlunda, året-runt-öppna våffelbruket och kulturgalleriet Vår fru i Visby.