Τον θάνατο της Lyon ανακοίνωσε ο επιστήθιος φίλος της, Phil Syracopoulos, λέγοντας πως η υγεία της ηθοποιού είχε επιδεινωθεί το τελευταίο διάστημα.

Το 1962 η Sue Lyon, στην ηλικία των 14, επιλέγηκε ανάμεσα σε 800 κορίτσια που είχαν περάσει από οντισιόν, ενσαρκώνοντας τελικά τη «Λολίτα» στο φιλμ του Στάνλεϊ Κιούμπρικ, που βασίστηκε στο ομώνυμο βιβλίο του Βλάντιμιρ Ναμπόκοφ. Λέγεται, μάλιστα, πως όταν την αντίκρισε ο συγγραφέας, σχολίασε ότι είναι η «τέλεια νύμφη» για τον ρόλο.


Lolita [Η σκηνή στο αυτοκίνητο]

«Τη φυλάνε, την παρακολουθούν, την κρύβουν συνεχώς σαν να ήταν ατομικά μυστικά», έγραφε ο Τύπος για τη ανήλικη τότε ηθοποιό, κατά τη διάρκεια των γυρισμάτων της ταινίας. Ο Κιούμπρικ εξηγούσε τον λόγο: «Δεν θέλαμε να κάνει συνεντεύξεις ή να εμφανιστεί στην τηλεόραση παρά την απίστευτη απαίτηση του κόσμου που ήθελε να τη δει. Νιώθαμε ότι η εικόνα που θέλαμε να διαφυλάξουμε θα έπρεπε να βγει φρέσκια στην οθόνη παρά μπερδεμένη μαζί με προσωπικά της γούστα. Δεν μοιάζει καθόλου με τον χαρακτήρα που υποδύεται και νιώθαμε ότι θα διακινδυνεύσουμε την αλήθεια του χαρακτήρα αν ο κόσμος μάθει από πριν την προσωπική της ζωή. [...] Βρήκαμε μια κοπέλα με απίστευτη ικανότητα να γίνει σταρ. Είναι μια υπέροχη ηθοποιός και έχει μια μυστηριώδη ποιότητα ως άνθρωπος. Η “Λολίτα” είναι ο πρώτος της πρωταγωνιστικός ρόλος και προσπαθήσαμε να ξεκινήσουμε την καριέρα της με τον πιο συναρπαστικό τρόπο, "ποτισμένη" στο απόλυτο μυστήριο».

Κατά τη διάρκεια της καριέρας της συμμετείχε σε περισσότερες από 20 ταινίες και σειρές, από το 1959 έως και το 1980. Κέρδισε Χρυσή Σφαίρα για την πιο υποσχόμενη πρωτοεμφανιζόμενη ηθοποιό και ηχογράφησε δύο τραγούδια για την ταινία που έγιναν τεράστιες επιτυχίες - το «Lolita Ya Ya» και το «Turn off the Moon».

Έπαιξε ακόμη στη «Νύχτα της Ιγκουάνα» (1963) του Τζον Χιούστον και το 1965 στο «κύκνειο άσμα» του Τζον Φορντ, «7 Γυναίκες» πριν αρχίσει να «δύει» το κινηματογραφικό της άστρο με αποτέλεσμα να της προτείνουν πια πιο μικρούς ρόλους. Για πολλά χρόνια, άρθρα με τίτλους όπως «Τι Απέγινε η Σου Λάιον;» έκαναν την εμφάνισή τους, για το κορίτσι από την Αϊόβα που κάποτε υπήρξε στο επίκεντρο της προσοχής. Ο τελευταίος της ρόλος ήταν σε μία b-movie τρόμου, το φιλμ «Alligator».

Συνολικά παντρεύτηκε και χώρισε πέντε φορές στη ζωή της. Ένας από τους συζύγους της υπήρξε και ο διαβόητος εγκληματίας Κότον Ανταμσον. Ο γάμος έγινε ενώ εκείνος βρισκόταν στη φυλακή του Κολοράντο για ληστεία και φόνο. Το ζευγάρι χώρισε ένα χρόνο αργότερα. Από τον γάμο της με τον προπονητή ποδοσφαίρου Ρόνλαντ Χάρισον απέκτησε μία κόρη, τη Νόνα.