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6岁的佟丽娅就开始进到新疆伊宁市儿童艺术团开展舞蹈训练和演出。二零零六年，佟丽娅在中戏大二在校期内便参演了尔冬升导演的现代情感剧《新不了情》，她在剧里扮演了外表美丽、声音柔美且气场卓群的年轻人李再爱，而佟丽娅也从此宣布迈入影视行业。
佟丽娅的荧幕形象大部分是柔美俏丽的“花旦”，她因参演古装电视剧《宫》中的佟素言一角，而与杨幂、唐嫣、刘诗诗并称作4大古装美人。而在电视剧版《唐山大地震》中佟丽娅扮演的“小登”则以脆弱、感人、沉稳、复杂性的人物角色特点让观众们看到了她更加娴熟的表演和造就人物角色多面性的把控力。从面部五官上看，佟丽娅的脸蛋儿赏心悦目。大眼、高鼻梁、鹅蛋脸，也有2个小酒窝，若隐若现的小虎牙在笑起来时更加她增加了一些俏皮。另外，佟丽娅还被称作360度无死角美女，并拥有 古风美女的意味。而柳眉素肌，洁白如玉的她，更拥有 一份纯粹的美。