Vanessa Loibl wurde am 4. Februar 1992 in Vero Beach, USA, geboren und wuchs in Deutschland auf. Mit zehn Jahren begann sie Schultheater zu spielen und bewarb sich mit Erfolg für eine Rolle in der Daily Soap "Marienhof": zwei Jahre lang verkörperte sie in insgesamt 37 Folgen die Nicole Deile. Danach verfolgte sie keine Karriere als Kinderschauspielerin, blieb aber dem Schultheater verbunden und gehörte 2009 der Jugendgruppe des Münchner Volkstheaters an.

Nach dem Abitur nahm sie die professionelle Schauspielerei wieder auf: Von 2012 bis 2016 absolvierte Loibl ein Schauspielstudium an der Berliner Universität der Künste. Beim Treffen deutschsprachiger Schauspielschulen 2015 erhielt sie den Marina-Busse-Preis für eine schauspielerische Einzelleistung.

Noch vor dem Studienabschluss wurde Loibl zur Spielzeit 2015/16 Ensemblemitglied am Staatsschauspiel Hannover, wo sie als Viola in Shakespeares "Was ihr wollt" debütierte. Für ihre Darstellung der Rollstuhlnutzerin Lisa, die für kurze Zeit mit Hauptfigur Aljoscha verlobt ist, in einer Bühnenfassung von Dostojewskis Roman "Die Brüder Karamasow" wurde sie 2016 in der Kritikerumfrage der Zeitschrift Theater heute als Beste Nachwuchsdarstellerin nominiert.

In Hannover arbeitete sie auch mit dem Regisseur Thorleifur Örn Arnarsson zusammen, der 2019 als neuer Schauspieldirektor der Berliner Volksbühne am Rosa-Luxemburg-Platz mehrere Ensemblemitglieder aus Hannover nach Berlin holte, darunter Loibl. Sie war unter anderem in der Titelrolle von "Iphigenie. Traurig und geil im Taurerland" zu sehen. Mit der Übernahme der Volksbühne durch René Pollesch zur Spielzeit 2021/22 endete Loibls Engagement.

Parallel zur Bühnenarbeit stand Vanessa Loibl ab 2018 immer häufiger auch vor der Kamera. Hauptrollen spielte sie als Peepshow-Arbeiterin in Xaver Böhms rauschhaftem Berlin-bei-Nacht-Film "O Beautiful Night" (2019) und als schüchterne, aber ehrgeizige Tochter eines Nachkriegs-Fabrikanten in der zweistaffeligen Miniserie "Unsere wunderbaren Jahre" (DE/CZ 2020 und 2023). Für diese Rolle wurde sie beim Hessischen Fernsehpreis 2020 als Beste Schauspielerin nominiert.

Nebenrollen hatte Loibl in drei sechsteiligen Miniserien: in der Gesellschafts- und Zeitgeistsatire "Ich und die Anderen" (2021) spielte sie eine Kollegin von Tom Schillings Hauptfigur, in der Polit-Krimiserie "ZERV – Zeit der Abrechnung" (" 2022) die Tochter von Nadja Uhls Chefermittlerin, und in "Disko 76" (2024) eine temperamentvolle angehende Stewardess.

Eine weitere Kinohauptrolle hatte Vanessa Loibl in "Münter & Kandinsky" (DE/CH 2024), über die Liebesbeziehung zwischen der Malerin Gabriele Münter und dem russischen Künstler Wassily Kandinsky.