Nasce a Milano il 29 gennaio del 1931.
Miss Italia 1947, debutta sullo schermo in una parte di contadina in Non c'è pace tra gli ulivi (1950), ma dà le migliori prove di sé in una galleria di personaggi borghesi inquieti e tormentati che comprende Cronaca di un amore (1950), La signora senza camelie (1953), Gli egoisti (1955) e Gli animali di domani (1956). Sposa poi il torero Dominguin e si ritira a vita privata per oltre un decennio.
E' tornata al cinema alla fine degli anni Sessanta con Metello e con numerose partecipazioni a film di giovani registi (da Ciao Gulliver a L'ospite).
Negli anni successivi, precisamente dal 1968 al 1976, la Bosé riprende a lavorare, sia in Italia che all'estero, con registi del calibro di Fellini, dei fratelli Taviani, Bolognini, oltre che con registi più giovani quali Liliana Cavani, Nelo Risi e Giulio Questi, ma è anche intensa protagonista di originali vicende "al femminile", dirette dalla scrittice e regista Marguerite Duras e dalla collega Jeanne Moreau.
Il ritorno ufficiale è con il regista catalano Pedro Portabella, con il film Nocturno 29 (1968), interpretato insieme a Gabriele Ferzetti.
Per un lungo periodo continua a lavorare in Spagna, lavorando in film come Jurtzenka, un invierno en Mallorca, (1970) di Jaime Camino e Cerimonia sangrienta (Le vergini cavalcano la morte, 1972), un horror-erotico diretto da Jorge Grau.
Nel film Satyricon (1969) di Fellini, Lucia Bosè interpreta un'unica indimenticabile scena, mentre è protagonista del film dei fratelli Taviani Sotto il segno dello Scorpione, interpretato insieme a Gian Maria Volonté e Giulio Brogi.
Più intensa invece la collaborazione con il regista Mauro Bolognini, che inizia con Metello (1970); prosegue con Per le antiche scale (1975), con Marcello Mastroianni e con lo sceneggiato televisivo La Certosa di Parma (1982), nel quale interpreta il ruolo della marchesa Del Dongo.
Nel 1971 è la volta de L'ospite di Liliana Cavani, insieme a Glauco Mauri, film in cui interpreta il ruolo di una malata di mente; nel 1972 interpreta la parte di una vedova che lavora come maga, nel film Arcana di Giulio Questi; nello stesso anno è l'interprete di La colonna infame di Nelo Risi, tratto dall'opera di Alessandro Manzoni.
L'attrice dà prova di essere maturata artisticamente e di avere grande attitudine all'introspezione psicologica nel film Nathalie Granger (1972), un film diretto da Marguerite Duras, in cui l'attrice intepreta il personaggio di Isabella, la madre della bambina che dà il titolo al film.
Nel 1976, dopo aver interpretato Violanta di Donald Schmid, interrompe nuovamente la sua carriera che riprenderà poi solo verso la fine degli anni '80, lavorando nel 1987 in Cronaca di una morte annunciata diretto da Francesco Rosi un film tratto dal romanzo omonimo di Gabriel García Márquez; nel 1990 è la volta di Volevo i pantaloni diretto da Maurizio Ponzi, tratto dall'omonimo best-seller scritto da Lara Cardella; in entrambi i film offre allo spettatore due splendide figure di madri. Sempre nel 1990, lavora ne L'avaro, trasposizione cinematografica del capolavoro di Molière diretto da Tonino Cervi ed interpretato da Alberto Sordi e Laura Antonelli.
Nel 1994 la Bosé torna a lavorare per la televisione con la mini-serie Alta società.
Nel 1999 prende parte al film del regista turco Ferzan Ozpetek Harem soiree; il film viene presentato nello stesso anno al Festival di Cannes.
