Уроженец столичного города Лояна (ныне город Лоян в провинции Хэнань). Принадлежал к древнему роду Лю, откуда происходили все императоры династии Хань (с 221 г. до н. э. по 220 г. н. э.), начиная с ее основателя Лю Бана, выходца из низов. В 793 г. успешно выдержал столичные экзамены на степень цзиньши. Затем служил на должности цензора императорской канцелярии. После поражения реформ Ван Шувэня, как один из его ближайших сторонников, был сослан в провинцию, где поочередно служил наместником в нескольких округах. После 14 лет ссылки, когда прежние гонители Ван Шувэня сами оказались в опале, был указом императора возвращен ко двору. Выдающийся политический мыслитель, писавший о связи природы и общества, как поэт он предпочитал описания народной жизни; зачастую в его стихах появляются и элементы иносказательной политической сатиры. Дружил с Бо Цзюйи, стихи обоих часто весьма схожи по настроению.

За свою жизнь Лю Юйси написал около 800 стихотворений и целый ряд эссе по вопросам управления и различных государственных и общественных проблем и вопросов. При жизни считался мастером политической сатиры - тематика большинства его стихотворений связана с политическими событиями в стране. Также писал лирические поэмы и стихи в жанре юэфу, являющиеся переложением народных песен и баллад. Самое известное из таких произведений - "Песня ветки бамбука".