Xuân Quỳnh có tên đầy đủ là Nguyễn Thị Xuân Quỳnh, có nghĩa là đóa hoa Quỳnh trong mùa xuân đầy sức sống và xinh đẹp.
Bà sinh ngày 6 tháng 10 năm 1942 tại xã Văn Khê, thị xã Hà Đông, tỉnh Hà Tây (nay thuộc phường La Khê, quận Hà Đông, thủ đô Hà Nội). Xuân Quỳnh sinh ra và lớn lên trong gia đình công chức gia giáo cùng người chị gái Đông Mai. Mẹ của bà mất sớm, cha Xuân Quỳnh đi thêm bước nữa. Nếu chị gái Đông Mai chọn ở với cha và mẹ kế, thì nhà thơ Xuân Quỳnh chọn ở với bà nội. Bà nội cũng là người nuôi nấng và chăm sóc Xuân Quỳnh đến khi trưởng thành. Tuy thiếu thốn về vật chất và các điều kiện sống nhưng Xuân Quỳnh vẫn trở thành một người hiểu chuyện, vui vẻ, hòa đồng đối với mọi người xung quanh và đầy mạnh mẽ.
Trước khi đến với nghiệp cầm bút, Xuân Quỳnh có xuất thân là một diễn viên múa từ Đoàn văn công nhân dân Trung ương. Với tài năng của mình, Xuân Quỳnh cũng từng đi lưu diễn nhiều nơi ở nước ngoài. Ngoài ra Xuân Quỳnh còn từng tham dự Đại hội thanh niên sinh viên thế giới năm 1959 tại Vienna (Áo).
Trong khoảng thời gian từ năm 1962 đến 1964, bà học tập tại Trường bồi dưỡng những người viết văn trẻ (khoá I) của Hội Nhà văn Việt Nam và bắt đầu sự nghiệp văn chương của mình . Sau khi tốt nghiệp, bà làm việc tại báo Văn nghệ và báo Phụ nữ Việt Nam.
Năm 1967, bà được kết nạp và trở thành ủy viên Ban chấp hành của hội nhà văn Việt Nam khóa III.
Năm 1973, nhà thơ Xuân Quỳnh kết hôn với nhà viết kịch Lưu Quang Vũ. Trước đó, bà đã kết hôn lần đầu với một nhạc công của Đoàn văn công Nhân Dân Trung Ương và đã ly hôn. Xuân Quỳnh và Lưu Quang Vũ sát cánh bên nhau đến 15 năm cùng ba người con. (Trong đó có một người con riêng của Xuân Quỳnh, một người con lớn của Lưu Quang Vũ và vợ trước là diễn viên Tố Uyên. Chỉ có Lưu Quỳnh Thơ là con chung của Lưu Quang Vũ và Xuân Quỳnh.)
Từ năm 1978 cho đến khi qua đời, bà đã làm biên tập viên cho NXB Tác phẩm mới.
Nhà thơ Xuân Quỳnh mất 29/08/1988 trong một vụ tai nạn giao thông tại Hải Dương cùng với người chồng là Lưu Quang Vũ và con trai là Lưu Quang Thơ khi đó mới 13 tuổi.
Năm 2001, Xuân Quỳnh được nhà nước phong tặng giải thưởng Nhà nước về văn học nghệ thuật.
Năm 2017, Chủ tịch nước ký quyết định truy tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về văn học nghệ thuật cho cố nhà thơ Xuân Quỳnh với 2 tập thơ đó là Lời Ru mặt đất và Bầu trời trong quả trứng.
