Kaley Christine Cuoco, Camarillo, Kaliforniya'da Layne Ann (Wingate) ve emlakçı Gary Carmine Cuoco'nun çocuğu olarak dünyaya geldi. İtalyan (baba) ve Alman ve İngiliz (anne) kökenlidir. Altı yaşından itibaren model ve reklam oyuncusu olan Cuoco'nun ilk önemli rolü, Donald Sutherland ve Tim Matheson ile birlikte oynadığı Quicksand: No Escape (1992) adlı TV filmiydi. Televizyondaki diğer rolleri arasında Ellen (1994) (Ellen DeGeneres karakterinin "küçük Ellen" karakterini canlandırdığı), Northern Exposure (1990), Don't Forget Your Toothbrush (1995) ve My So-Called Life (1994) dizilerinde konuk oyuncu olarak yer aldı. Ayrıca, mini dizi Bay Cinayet'te (1998) başrol oynadı. Cuoco, Lucky 13 (2005), Bir koca şart mı? (1997) ve Virtuosity (1995) filmlerinde rol aldı. Sahnede, Los Angeles bölgesinde "Annie" ve "Fiddler on the Roof" yapımlarında sahne aldı. Oyunculuk yapmadığı zamanlarda hevesli bir tenis oyuncusu olan Cuoco, önceki yıllarda bölgesel amatör küme takımının bir üyesi olarak Güney Kaliforniya Tenis Birliği sıralamalarında sürekli üst sıralarda yer almıştır. Ayrıca, arkadaşlarıyla vakit geçirmekten, alışveriş merkezine gitmekten ve hip-hop dansından hoşlanıyor.Cuoco evde eğitim gördü ve ailesiyle birlikte Ventura County, California'da yaşadı. Daha önce hem tenisçi Ryan Sweeting hem de Karl Cook ile evliydi. 2022 yılının başlarında Cuoco aktör Tom Pelphrey ile çıkmaya başladı. İkili, Mayıs 2022'nin başlarında Hollywood Walk of Fame töreninde bir çift olarak ilk kez kamuoyunun karşısına çıktı.Cuoco, Ekim 2022'de Instagram'da çiftin birlikte ilk çocuklarını beklediklerini duyurdu. Daha sonra 30 Mart 2023'te Matilda Carmine Richie Pelphrey adını verdikleri kızlarını doğurdu.