Secondo San Gerolamo, il quale a sua volta fa riferimento a Svetonio, nacque nel 59 a.C. a Padova. Quintiliano ha tramandato la notizia che Asinio Pollione rilevava in Livio una certa patavinitas (padovanità o peculiarità padovana), da intendersi come patina linguistica rivelatrice della sua origine provinciale, mentre Marziale ricorda l'accentuato moralismo della sua terra, tipico come le sue tendenze politiche conservatrici. Lo stesso Livio, citando Antenore, mitico fondatore di Padova, all'inizio della sua monumentale opera, conferma indirettamente le proprie origini patavine.

I Livi erano di origine plebea, ma la famiglia poteva fregiarsi di antenati illustri in linea materna: nella Vita di Tiberio Svetonio ricorda che la famiglia « era stata onorata da otto consolati, due censure, tre trionfi, da una dittatura e dal magistero della cavalleria ».  Verosimilmente, fu educato nella città natale, istruito prima da un grammatico, con il quale apprese a scrivere in un buon latino e imparò altresì il greco, e in seguito da un retore, che lo avvicinò « all'eloquenza politica e giudiziaria ». Uno degli avvenimenti più importanti della sua vita fu il trasferimento a Roma per completare gli studi; fu qui che entrò in stretti rapporti con Augusto, il quale, secondo Tacito, lo chiamava "pompeiano" per il suo filo-repubblicanesimo; questo fatto non compromise la loro amicizia, tanto che godette sempre della stima e dell'ospitalità dell'imperatore, e per suo consiglio il nipote e futuro imperatore Claudio compose un'opera storica.

Non ebbe tuttavia incarichi pubblici, ma si dedicò alla redazione degli Ab Urbe condita libri per celebrare Roma e il suo imperatore, e si impose ben presto come uno dei più grandi storici del suo tempo. Fu anche autore di scritti di carattere filosofico e retorico andati perduti. Ebbe un figlio, che egli esortò a leggere Demostene e Cicerone, autore di un'opera di carattere geografico, e una figlia, che sposò il retore Lucio Magio.

Non si sa quando sia tornato a Padova, dove morì nel 17 d.C., secondo Gerolamo: « Livius historiographus Patavi moritur ».