Elle est la fille d’une monteuse et du réalisateur français Jacques Doillon , ce qui lui permit d’entrer dans le monde du cinéma dès son plus jeune âge. Monteuse, directrice de casting, actrice, première assistante réalisateur sur l’Auberge espagnole en 2002, Lola Doillon réalise son premier court métrage en 2005 avec Majorettes. Il faut attendre ses 32 ans pour la voir signer son premier long métrage Et toi, t’es sur qui ? , présenté au festival de Cannes 2007 dans la catégorie Un certain regard.En 2011, elle repasse derrière la caméra pour le thriller Contre toi.