Den 20-åriga amerikanskan låg trea efter det korta programmet, bakom japanskorna Kaori Sakamoto, 25, och Ami Nakai, 17.
Men med sitt Donna Summer-nummer rev Liu ned applåderna i arenan i Milano – och i slutändan fick hon totalt 226,79 poäng.
Klicka här för att följa oss på GoogleSakamoto kom tvåa med 224,90 poäng, före stjärnskottet Nakai – som, trots att hon gick in i fria programmet med flest poäng med sig i bagaget, blev överlycklig över att åka hem med 219,16 poäng och en bronsmedalj.
Den 18-åriga ryska åkaren Adelia Petrosian, som tävlar under neutral flagg, hade inför sitt program toppkänning och försökte sig på en oerhört vågad kvadrupel toeloop. Men hon föll och slutade sexa.
Alysa Liu var även med i det amerikanska lag som tog guld i lagtävlingen tidigare i OS.
