Erste internationale Erfahrungen sammelte Liu Shiying bei den Juniorenasienmeisterschaften 2012 in Colombo, bei denen sie mit 53,02 m die Goldmedaille gewann. Damit qualifizierte sie sich für die Juniorenweltmeisterschaften in Barcelona, bei denen sie mit 59,20 m die Silbermedaille hinter der Schwedin Sofi Flink gewann. 2015 gewann sie mit 61,33 m die Goldmedaille bei den Asienmeisterschaften in Wuhan. Im Jahr darauf qualifizierte sie sich erstmals für die Olympischen Spiele in Rio de Janeiro, bei denen sie mit 57,16 m in der ersten Runde ausschied. 2017 wurde sie bei den Weltmeisterschaften in London mit 62,84 m im Finale Achte. 2018 gewann sie bei den Asienspielen in Jakarta mit 66,09 m die Goldmedaille und setzte sich damit gegen ihre Landsfrau und Asienrekordhalterin Lü Huihui durch. Bei den Weltmeisterschaften 2019 in Doha holte sie mit 65,88 m die Silbermedaille hinter der Australierin Kelsey-Lee Barber. Ihren bisher größten Erfolg feierte sie 2021 bei den Olympischen Spielen in Tokio, wo sie im Finale mit 66,34 m Gold gewann.