Bruno Andreas Liljefors nació en Uppsala el 14 de mayo de 1860, hijo de Anders Liljefors, comerciante de la ciudad, y de Maria Margareta Lindbäck. De su padre heredó la afición por los animales, el campo y la caza. Fue un niño débil y enfermizo, pero se ejercitó con tanto empeño que durante un tiempo llegó a ser gimnasta de primer nivel, y más adelante también acróbata y artista de variedades. Su hermano menor, Ruben, nacido en 1871, sería compositor y director de orquesta. Liljefors cursó seis años en la Katedralskolan de Uppsala y en 1879 se matriculó en la Academia Real de Bellas Artes de Estocolmo, donde tuvo por condiscípulos a Ernst Josephson, Carl Larsson y Richard Bergh. Anders Zorn quería dejar la Academia y Liljefors no tardó en coincidir con él; apreciaba, eso sí, al profesor de paisaje P. D. Holm, que había pensado dedicarse a pintar animales y se había formado como taxidermista.
En 1882 dejó la Academia y partió hacia Düsseldorf. En una carta de ese año contó que le habían presentado a un profesor, animalista de habilidad extraordinaria: Carl Friedrich Deiker, nacido el 3 de abril de 1836 en Wetzlar, hijo de un maestro de dibujo, instalado en Düsseldorf desde 1864 y socio de la asociación de artistas Malkasten desde 1865. Liljefors recibió sus lecciones durante un breve período. Deiker murió el 19 de marzo de 1892, y ese mismo año el Kunsthalle de Düsseldorf le dedicó una gran exposición póstuma. Liljefors siguió viaje por Venecia, Roma y Nápoles hasta llegar a París, y pasó una temporada en la colonia de artistas suecos de Grez-sur-Loing, donde convivió con Carl Larsson. Expuso en el Salón de París, pero a diferencia de sus amigos pintores no se demoró en Francia: el país no lo impresionó y añoraba el paisaje sueco. En el invierno de 1883 a 1884 se alojó en una cabaña de Ärentuna, al norte de Uppsala. Aquel año abundaban los gallos lira en los campos anegados y el azor, entonces común, tenía presas de sobra; Liljefors cazó un azor joven, lo usó de modelo junto con las aves, los montó en el bosque y pintó todo al aire libre. De ese invierno salió Duvhök och orrar («Azor y gallos lira»), firmado «Ehrentuna Upsala 1884», que hoy conserva el Nationalmuseum de Estocolmo.
En el verano de 1884 se instaló en Kvarnbo, a pocos kilómetros de Uppsala, donde viviría y trabajaría hasta 1894. Al año siguiente levantó allí su taller y su casa, y fue rodeándose de animales vivos: zorros en cercados, búhos, urogallos, perdices grises, martas y patos, que le servían de modelos a muy corta distancia. Su animal favorito era el gato, y su gato favorito se llamaba Jeppe. En 1885 pintó sobre tabla cinco estudios de animales, entre ellos Katt och bofink («Gato y pinzón»), que montó en un mismo marco; el Nationalmuseum los recibió en 1920 por legado del comerciante mayorista Herman Friedländer. También en 1885 se sumó a los Opositores, jóvenes artistas y estudiantes que el 27 de marzo entregaron a la Academia un escrito, presentado por Ernst Josephson, en el que exigían reformar la enseñanza, las exposiciones y el apoyo a los artistas. En otoño expuso con ellos en el salón Blanch de Estocolmo y obtuvo su primer gran éxito en Suecia, con una acogida muy favorable de críticos y público.
Como la reforma no llegó, en 1886 los Opositores fundaron el Konstnärsförbundet, una asociación de artistas impulsada por Richard Bergh y Ernst Josephson, de la que Liljefors fue miembro destacado junto con Carl Larsson, Karl Nordström, que la presidió de 1896 a 1920, Eugène Jansson, Georg y Hanna Pauli y Carl Wilhelmson; la asociación se disolvió en 1920. Ese mismo 1886 pintó en Kvarnbo Rävfamilj («Una familia de zorros»), un óleo de 112 por 218 centímetros firmado «Qvarnbo Upsala 1886», que el Nationalmuseum compró aquel mismo año con el número de inventario NM 1376; estudios recientes revelaron que debajo de la pintura visible hay otra. En 1887 se casó con Anna Olivia Olofsson, nacida en 1864, con quien tuvo cinco hijos.
En 1888 lo nombraron para reemplazar a Carl Larsson como profesor en la escuela de arte Valand, de Gotemburgo, cargo que ocupó hasta 1889. Ese año el Museo de Arte de Gotemburgo compró su gran lienzo El apareamiento de los urogallos, de 145 por 200 centímetros, que sigue en sus colecciones; de 1888 es también Marta y gallo lira, que llegó al museo en 2013 con el legado de Gustaf Werner, nacido en 1859, a la ciudad. En 1889 recibió una medalla de segunda clase en la Exposición Universal de París, con dos de sus cuadros, uno de urogallos en celo y otro nocturno.
A fines de esa década pintó los fondos de paisaje de un diorama de historia natural en Uppsala, ideado por el conservador Gustaf Kolthoff. La colaboración continuó en 1893 en Estocolmo, cuando Kolthoff fundó en Djurgården el Biologiska museet junto con Liljefors y Carl Bovallius. Kolthoff, nacido en 1845 en Sandhem, Västergötland, y conservador del museo zoológico de la Universidad de Uppsala desde 1878, pobló los dioramas con más de cuatro mil ejemplares que él mismo había disecado, y encargó a Liljefors los fondos. El pintor cubrió con paisajes unos mil metros cuadrados de ese diorama de 360 grados; el edificio de madera, de inspiración en las iglesias de madera noruegas, pertenece a Skansen desde 1970. Kolthoff recibió en 1907 el doctorado honoris causa de la Universidad de Uppsala y murió en 1913.
Entretanto, en 1892, Liljefors había celebrado una exposición individual en Estocolmo; de allí se enviaron nueve obras a una gran exposición internacional de Múnich, donde obtuvo una medalla de oro y dio su gran salto en Alemania. Su obra fue elogiada en la Exposición Universal de Chicago de 1893 y de nuevo en la de San Luis de 1903. Con motivo de una exposición en Estocolmo escribió con acidez sobre la crítica sueca: tenía allí varios cuadros de ambiente, pero los críticos no decían una palabra de ellos y solo hablaban de los de animales.
En 1894 Liljefors dejó Kvarnbo. Desde el verano de ese año amplió su territorio de caza y de trabajo, de las llanuras de Uppland al archipiélago de Estocolmo, donde halló temas nuevos entre islotes, rocas, olas y rompientes, y en la rica avifauna de la franja costera. En 1895 se divorció de Anna y se casó con su hermana menor, Signe Adolfina Helena Olofsson, nacida en 1871, con quien tuvo ocho hijos más: trece en total entre las dos hermanas. En 1896 el banquero Ernest Thiel, nacido en Norrköping en 1859, compró Morgonstämning vid havet («Atmósfera matinal junto al mar»), el primer cuadro de gran tamaño de la colección que formaría con Signe Maria Thiel. Entre 1904 y 1907 Thiel hizo construir al arquitecto Ferdinand Boberg su palacio de Blockhusudden, en Djurgården, y le escribió que quería una casa con cuadros en todas las paredes, cómoda y hecha para vivir. Allí se hizo amigo de Liljefors, de Eugène Jansson y de Carl Larsson. Arruinado hacia 1922, Thiel vendió la villa y la colección; el Estado las compró en 1924 y la galería se abrió al público el 26 de enero de 1926, con el cuadro de Liljefors todavía en sus muros.
En 1905 seis obras suyas se vieron en la exposición de arte de la ciudad de Venecia. Entre 1905 y 1917 vivió en Ytterjärna, en Södermanland, donde el 18 de septiembre de 1909 nació su hijo Lindorm. En 1906 Anders Zorn lo retrató al óleo; el cuadro se conserva en el Nationalmuseum. En 1908 compró Bullerö, la isla principal de un archipiélago en el borde exterior del de Estocolmo, y entre 1908 y 1923 usó allí un refugio de caza que aún se conserva. Con sus amigos del llamado Grupo de Bullerö dio a conocer ese archipiélago: cuando iban al refugio, cargaban una goleta con víveres, bebida y personal de cocina. En 1911, mientras vivía en Ytterjärna, pintó una escena de caza del zorro en invierno, "Räv jagar orrhonor i vinterlandskap"(Caza del zorro en paisaje invernal), que también llegó a Gotemburgo con el legado de Werner. Ese mismo año nueve obras suyas figuraron en la exposición retrospectiva de arte de Gotemburgo, y en 1912 cuatro de sus cuadros viajaron a Nueva York, a una exposición de arte escandinavo contemporáneo en las American Art Galleries. En 1914 pintó "Orm Terräng" (Terreno de serpientes), de 116 por 198 centímetros, que se mostró en marzo y abril de 1916 en la exposición inaugural del Liljevalchs konsthall de Estocolmo, dedicada a Larsson, Liljefors y Zorn; el cuadro colgó en su comedor hasta su muerte, lo heredó Lindorm y después pasó a Erik Ekblad, de la mansión de Sjöeryd. En 1923 vendió "Bullerö" a Torsten Kreuger, empresario y periodista, hermano del financiero Ivar Kreuger; el Estado compró el archipiélago en 1967 y hoy es una reserva natural de unas novecientas islas, islotes y escollos.
En 1917 Bruno y Signe se mudaron con sus hijos a la mansión de Österbybruk, en Uppland, donde vivieron quince años. La familia llenó las treinta y dos habitaciones de la casa, y Liljefors convirtió en taller una antigua cervecería junto al estanque de la mansión; a menudo recibía allí a amigos artistas. De 1930 es su escultura Lek («Juego»), emplazada en el Estadio de Estocolmo. Su hijo Lindorm estudió pintura y escultura en la Academia de Estocolmo de 1928 a 1933 y se hizo pintor, dibujante y escultor. En 1932 se trasladó a Kungsholmen, en Estocolmo, y ese año redactó sus memorias, Det vildas rike («El reino de lo salvaje»), publicadas en 1934. Fue miembro de honor de la Sociedad de Antigüedades de Uppland. Murió en Estocolmo el 18 de diciembre de 1939, a los setenta y nueve años, y lo enterraron en el cementerio viejo de Uppsala.
Lindorm y su esposa, Marianne, donaron a la Universidad de Uppsala la mayor parte de las cerca de doscientas obras de su padre que hoy conserva. Durante años se exhibieron cada verano en su antiguo taller de Österbybruk, hasta que en 2009 pasaron al Museo Gustavianum de Uppsala por razones de seguridad, de clima y de transporte; allí se conserva además un diorama suyo en el teatro anatómico.