La carrière de Lucia Bosè commence en 1950, lorsque Michelangelo Antonioni la fait tourner dans ses deux premiers longs métrages de fiction : Chronique d'un amour et La Dame sans camélia. Entre les deux, elle joue dans le formidable Onze heures sonnaient de Giuseppe De Santis. Sa carrière est lancée et d'autres cinéastes européens se l'arrachent, parmi lesquels Luis Buñuel (Cela s'appelle l'aurore) ou Jean Cocteau (Le Testament d'Orphée) et Juan Antonio Bardem (Mort d'un cycliste). Elle devient alors une figure du cinéma néoréaliste italien.

Elle mettra sa carrière en pause durant les années 60 suite à son mariage avec le torero José Luis Dominguin et la naissance de ses trois enfants. S'ensuivront une apparition dans le Satyricon de Fellini, Metello puis Vertiges de Mauro Bolognini ou encore Nathalie Granger de Marguerite Duras. En 1983, l'Espagnol Pedro Almodovar, lui confiera un rôle pour Dans les Ténèbres. Enfin, ses rôles dans Chronique d'une mort annoncée de Francesco Rosi puis dans Le Dernier harem du cinéaste turco-italien Ferzan Ozpetek termineront une carrière riche et bien remplie.