A inceput sa practice mai intai tenisul, la varsta de 13 ani. Au urmat tenisul de masa, voleiul si baschetul,  la ultima disciplina fiind componenta a echipei Stiinta Bucuresti. La toate cele patru sporturi a depasit stadiul de amatoare, reusind sa obtina rezultate notabile in campionatele nationale. 

La 16 ani a inceput sa practice atletismul, mai intai saritura in inaltime, iar apoi aruncarile. Dupa aruncarea greutatii a trecut la aruncarea discului, disciplina in care s-a specializat si a obtinut rezultate de exceptie pana la varsta de 40 de ani. Concomitent cu activitatea sportiva, a absolvit, in 1954, Facultatea de Energetica din cadrul Institutului Politehnic Bucuresti.

A fost prima sportiva din Romania care a obtinut puncte pentru tara noastra la Jocurile Olimpice, clasandu-se pe locul 6 in proba de aruncare a discului, in 1952, la JO de la Helsinki, din Finlanda.

A fost prima sportiva din lume care a participat la sase editii consecutive ale Jocurilor Olimpice: Helsinki 1952, Melbourne 1956, Roma 1960, Tokio 1964, Ciudad de Mexico  1968, Munchen 1972, performanta consemnata in „Guiness Book of Records”.

A cucerit trei medalii olimpice, una de aur, in 1968, la Mexico City si doua de bronz, in 1960, la Roma si 1964, laTokyo. A fost de 12 ori campioana nationala si de sapte ori campioana balcanica.

S-a retras din activitatea competitionala in 1972, la 40 de ani.

In 1973 a devenit vicepresedinte al Comitetului Olimpic Roman, iar in 1990 a fost aleasa in functia de presedinte al COR pe care a ocupat-o pana la moartea sa.

In legislatura 1990-1992, a fost aleasa ca senator pentru municipiul Bucuresti.

Gratie experientei dobandite pe terenul de sport, culturii sale, dar si faptului ca vorbea bine cinci limbi straine (franceza, engleza, germana, rusa, italiana), s-a putut afirma si prin activitatea desfasurata in diverse organisme sportive internationale. Comitetul International Olimpic i-a decernat Ordinul Olimpic Colanul de bronz – 1975, Trofeul Femeia in sport – 1990, Trofeul Centenarului – 1994.  In 1975, directorul general UNESCO i-a inmanat Premiul International Fair Play pentru anul 1974.

A decedat in ianuarie 1998.

In onoarea sa, Stadionul National din Bucuresti a fost denumit si "Lia Manoliu".

In aprilie 2017, Teatrul National Radiofonic a prezentat in premiera absoluta, in seria Biografii, memorii,  Drumul spre Cartea Recordurilor si Lacrima din aurul olimpic, primele spectacole-document dedicate unei legende din lumea sportului: LIA MANOLIU.