Lius familj hade informerats om situationen, sade sjukvårdspersonalen i den nordöstra staden Shenyang.
Dissidenten fick diagnosen levercancer i slutet av stadiet i maj.
Han fängslades 2009 på grund av anklagelser om anstiftan till subversion mot staten efter att ha bidragit till att skriva en petition som krävde politiska reformer i Kina.
"Liu Xiaobo leverfunktionen har försämrats, hans bilirubinnivåer ökar gradvis," sjukhuset sade i ett uttalande.
Bilirubin produceras av levern och höga nivåer av det kan tyda på leversvikt.
Ett fotografi som visar dissidenten ser bräcklig ut delades bland vänner och medaktivister på torsdag. Han står bredvid sin fru, Liu Xia.
I ett öppet brev till myndigheterna har hans vänner bett att få besöka honom på en "humanitär grund".
– Vi känner att detta är djupt tragiskt och inser att Liu Xiaobo har några dagar kvar och fruktar att han är nära döden, säger det.
"I detta ögonblick, måste vi omgående besöka honom för att föra till Liu Xiaobo och Liu Xia deras vänners omsorg och välönskningar."
På onsdag bjöd Kina in medicinska experter från USA och Tyskland för att hjälpa till att behandla Liu. Myndigheterna sa att beslutet fattades på begäran av hans familj.
Beslutet kom före G20-mötet i Hamburg i Tyskland.
Diplomatiska källor i Peking säger att Kina har varit nervös frågan kan överskugga president Xi Jinping s framträdande vid toppmötet, Reuters betänkanden.
Liu, som var huvudledare i protesterna på Himmelska fridens torg 1989, vann Nobels fredspris 2010.
Hans fru Liu Xia har varit i husarrest sedan dess - men hon har aldrig åtalats.
Liu har tre år på sig att avtjäna sitt straff för att "uppmana till subversion" efter att ha utarbetat stadgan 08, som krävde flerpartidemokrati och respekt för de mänskliga rättigheterna i Kina.
Amnesty International har sagt att han aldrig skulle ha fängslats.
Det kinesiska sjukhuset som behandlar fängslad Nobel Peacepristagare Liu Xiaobo för avancerad levercancer säger att hans tillstånd har försämrats.