Lidia Vitale comincia a pensare di diventare un'attrice a soli sei anni, ma poi accantona il sogno, che verrà poi ripescato all'età di 15 anni. Istruita secondo il metodo Strasberg sotto Francesca De Sapio, nel 1997 diventa mamma, mentre nel 1999 si laurea in sociologia.

I film
Nel 2000, esordisce nel film Il furto del tesoro di Alberto Sironi con Luca Zingaretti, Paolo Calabresi, Angelica Ippolito. Poi verranno nel 2002 Inseguito e La meglio gioventù di Marco Tullio Giordana con Luigi Lo Cascio, Adriana Asti, Sonia Bergamasco, Maya Sansa e Fabrizio Gifuni, all'interno del quale offre un bellissimo ritratto di Giovanna Carati.

La carriera nel piccolo schermo
Per il piccolo schermo è invece diretta ancora una volta da Alberto Sironi in Salvo D'Acquisto (2003) con Beppe Fiorello e Nicola Di Pinto, mentre nel 2004 è nel cast di Vite a perdere.
Partecipa anche a qualche episodio di Don Matteo (2004), Diritto di difesa (2004), Posso chiamarti amore? (2004) e La caccia (2005).
Torna al cinema con Cose da pazzi (2005), poi di nuovo in tv con Una famiglia in giallo (2005) di Alberto Simone con Giulio Scarpati, Valeria Valeri e Milena Miconi.
Dopo Anche libero va bene (2006), Two Families (2007) e Senza amore (2007), recita nelle fiction Senza via d'uscita - Un amore spezzato (2007), R.I.S. - Delitti imperfetti (2007), Medicina Generale (2007-2008) e Una madre (2008), ma anche in La doppia ora (2009), Giulia non esce la sera (2009) e Amore proibito (2009). Nel 2010 è nel cast di Castellitto La bellezza del somaro, nel 2011 la troviamo in Cara, ti amo... e nel 2013 è nel film di Rolando Ravello, Tutti contro tutti, esordio dell'attore dietro alla macchina da presa.
Tra le sue interpretazioni più recenti troviamo La banalità del crimine (2018), Restiamo amici (2019), Ghiaccio e Ti mangio il cuore (2022).