Flora Li Thiemann, Jahrgang 2002, spielte erste kleinere Nebenrollen unter anderem in dem Sozialdrama "Zivilcourage" (2010, TV) mit Götz George, und in der Actionkomödie "Undercover Love" (2010, TV) mit Anja Kling. In Doris Dörries "Glück" (2012) sah man sie als Tochter einer der Hauptfiguren, einem Strafverteidiger (Matthias Brandt), der sich selbst als Spezialist für die Suche nach dem Glück betrachtet. Das Melodram "Frühlingskinder" (2013) zeigte sie in einer Schlüsselrolle als jüngste Tochter einer im Koma liegenden Bäuerin, die mit Gottvertrauen auf eine baldige Genesung ihrer Mutter hofft.

Ihre erste Hauptrolle spielte Flora Li Thiemann in dem preisgekrönten Familienfilm "Sputnik" (2013), als aufgeweckte Zehnjährige, die in der DDR des Jahres 1989 einen tollkühnen Plan schmiedet, um ihren in den Westen abgeschobenen Onkel zu besuchen. In der Komödie "Frauenherzen" (2014, TV) sah man sie als Tochter einer gestressten, allein erziehenden Mutter, in der TV-Märchenverfilmung "Die Schneekönigin" (2014) verkörperte sie die kleine Gerda, die beste Freundin der Hauptfigur Kay. Eine tragende Rolle hatte Thiemann auch in Matti Geschonnecks Tragikomödie "Der verlorene Bruder" (2015), als große Liebe eines 13-jährigen Jungen im Deutschland der 1960er Jahre.

2016 wirkte Flora Li Thiemann erneut in einem Kinofilm mit: In dem Kinderfilm "Nellys Abenteuer" spielte sie die Titelfigur, ein Mädchen, das während eines Sommerurlaubs ein großes Abenteuer erlebt. Für diese Rolle wurde sie im Kinder- und Jugendfilmwettbewerb des Minsk Filmfestivals als Beste Darstellerin ausgezeichnet; beim Kinderfilmfestival in Seattle, USA, erhielt "Nellys Abenteuer" einen Spezialpreis der Jury für das Beste Ensemble.

Beim Münchner Filmfest 2017 feierte das Coming-of-Age-Drama "Tigermilch" Premiere. Darin spielte Thiemann die Hauptrolle einer Berliner Schülerin, die in den Ferien mit ihrer besten Freundin (Emily Kusche) durch ihr Stadtviertel zieht, wobei die beiden Zeuginnen eines dramatischen Vorfalls werden. Ebenfalls 2017 stand Thiemann für das international besetzte Nachkriegsdrama "Niemandsland" (DE/US) an der Seite von Keira Knightley vor der Kamera.

In dem hoch gelobten Fernsehspiel "Totgeschwiegen" (2019), über Gewalt gegen Obdachlose durch Jugendliche, gehörte sie als eine der Täter*innen zum Hauptensemble. Weitere, meist kleinere Fernsehrollen hatte sie unter anderem in den Krimiserien "Herr und Frau Bulle", "SOKO Leipzig" und "Der Zürich-Krimi", sowie in der Märchenadaption "Zitterinchen" (2022) und der Komödie "Lehrer kann jeder!" (2022). Eine durchgehende Nebenrolle spielte Thiemann in der sechsteiligen Fantasyserie "Der Greif" (2023). 

Eine neuerliche Kinohauptrolle spielte Flora Li Thiemann in dem Drama "Gotteskinder", als jugendliche Tochter einer streng evangelikalen Familie, die sich in einen Nachbarsjungen verliebt. Beim Filmfestival Max Ophüls Preis 2024 erhielt der Film den Preis der Jugendjury, der Kinostart erfolgte im Januar 2025.