Gwyneth Kate Paltrow, ünlü yapımcı ve yönetmen Bruce Paltrow ile Tony Ödüllü oyuncu Blythe Danner'ın kızı olarak Los Angeles'ta doğdu. Babası Yahudi bir aileden geliyordu, annesi ise çoğunlukla Alman kökenliydi. Gwyneth on bir yaşındayken, aile Massachusetts'e taşındı ve babası Berkshires'da yaz stoğu yapımlarında çalışmaya başladı. İlk oyunculuk eğitimini ailesinin vesayeti altında burada aldı. New York'taki kızlara yönelik Spence School'dan mezun olduktan sonra Kaliforniya'ya taşındı ve Santa Barbara Üniversitesi'nde Sanat Tarihi okudu. Kısa süre sonra bunun tutkusu olmadığını fark ederek bıraktı. Sinemaya ilk adımını Shout (1991) filminde küçük bir rolle attı ve sonraki beş yıl boyunca Et ve Kemik (1993); Bayan Parker ve Kısır Döngü (1994); Yedi (1995); Jefferson Paris'te (1995); Ay Işığı ve Valentino (1995) ve Cenaze ve Aşk (1996) gibi karışık bir film yelpazesinde yer aldı. Emma (1996) filminde canlandırdığı Emma Woodhouse rolündeki performansı, kendisine Âşık Shakespeare (1998) filminde Viola rolünün teklif edilmesine yol açtı ve bu rolle Altın Küre, Screen Actors Guild ve Akademi Ödülleri'nde Başrolde En İyi Kadın Oyuncu ödüllerini kazandı. Ayrıca Yetenekli Bay Ripley (1999), Tenenbaum Ailesi (2001), Alçak Adam (2001), Sky Captain ve Yarının Dünyası (2004), Kanıt (2005), Demir Adam (2008), İki Aşık (2008) ve Country Strong (2010) gibi filmlerde rol almıştır. Eski eşi İngiliz müzisyen Chris Martin'den iki çocuğu vardır.