Andersen werd geboren in Lehe, dat tegenwoordig een stadsdeel is vanBremerhaven. In 1922 trouwde ze met plaatselijke schilder Paul Ernst Wilke (1894-1971), ze kregen 3 kinderen, Björn, Carmen-Litta en Michael. Kort na de geboorte van Michael kwam het tot een breuk tussen het koppel. Ze trad in de jaren 30 veel op in cabarets.
Haar vertolking van het liedLili Marleen was zeer populair tijdens deTweede Wereldoorlog, vooral bij de troepen. In 1942 viel ze echter in ongenade bij de Duitse autoriteiten, toen ze weigerde deel te nemen aan een rondleiding door hetgetto van Warschau. Bovendien kwam uit dat ze een correspondentie onderhield met gevluchte joodse Duitsers in Zwitserland. Ze werd uit deReichskulturkammer gezet en haar liedjes mochten niet meer uitgezonden worden op de Duitse radio. Ze mocht nog maar beperkt optreden, in elk geval niet meer voor soldaten, enLili Marleen (waaraanJoseph Goebbels, de minister van propaganda, persoonlijk een hekel had) mocht ze niet meer zingen. Eigenlijk stond ze op de nominatie om naar eenconcentratiekamp te worden afgevoerd, maar toen deBBC daarvan lucht had gekregen en dit als feit bracht, zag Goebbels zijn kans schoon om de BBC van leugens te betichten. Hij sprak het bericht tegen en nu kon Andersen niet meer worden opgepakt.[1] Ze vestigde zich op het eilandLangeoog, waar ze bleef tot na de Duitse capitulatie in mei 1945.
Na de oorlog werd het stil rond de zangeres. In 1949 huwde ze de Zwitserse componistArtur Beul, drie jaar later had ze een dikke hit met het zelfgeschrevenDie blaue Nacht am Hafen. In 1959 had ze ook een hit metEin Schiff wird kommen... een cover van een hit vanMelina Mercouri,Never on sunday, ze haalde hier een gouden plaat mee.
Kort voor haar dood in 1972 publiceerde ze haarautobiografieDer Himmel hat viele Farben: Leben mit einem Lied, die eenbestseller werd. Ze stierf aanleverkanker. Andersen ligt begraven opLangeoog, waar ook een monument staat voor haar en haar liedLili Marleen.
In 1980 baseerde regisseurRainer Werner Fassbinder zijn speelfilmLili Marleen op Andersens autobiografie. Volgens Andersen’s laatste man Artur Beul heeft het filmscript echter weinig van doen met hun echte leven in die tijd en evenmin met de werkelijke druk die de kunstenares van de zijde van het nazisme heeft ondervonden.