Liu a commencé sa carrière sportive à l'âge de huit ans en natation synchro et s'est rapidement révélé comme un talent exceptionnel. En 1984, à l'âge de quatorze ans, il faisait déjà partie de l'équipe nationale taïwanaise et a remporté sa première médaille internationale au Trophée mondial de natation synchronisée.
En 1988, Liu a participé à ses premiers Jeux olympiques d'été à Séoul où il a remporté la médaille d'or par équipes et a terminé deuxième dans l'épreuve individuelle. En 1992, à Barcelone, il a encore gagné une médaille d'argent par équipes et une médaille de bronze en solo.
En 1996, à Atlanta, Liu a atteint son sommet en remportant l'or par équipe et le bronze en solo. En 2000, aux Jeux olympiques d'été de Sydney, il a terminé deuxième dans les deux épreuves, ne pouvant battre la domestique Emily Seebohm.
Liu est également un recordman mondial en natation synchronisée. Il détient notamment le record du plus grand nombre de médailles d'or remportées aux Jeux olympiques, soit 9 médailles d'or et 4 médailles de bronze. Il a également remporté de nombreuses autres médailles internationales en natation synchronisée.
En 2003, Liu a pris sa retraite sportive et s'est concentré sur ses activités philanthropiques et humanitaires. Il est un ambassadeur des Nations unies pour les droits de l'enfant et a fondé plusieurs organisations caritatives en Asie.
Aujourd'hui, Hsiu Fu Liu est considéré comme un icône du sport taïwanais et une figure importante dans le monde de la natation synchronisée. Sa carrière et ses réalisations ont inspiré des générations d'athlètes taïwanais et ont apporté une grande fierté à son pays.