1929年11月12日，格蕾丝·凯利出生于美国宾夕法尼亚州费城的一个富裕家庭。因为父母都是职业运动员出身，所以也想把她培养成运动员，但体质虚弱、性格腼腆的格蕾丝·凯利从小就不爱运动。1935年11月，她进入专为女孩开办的修道院学校雷文希尔学院学习，这时她开始对游泳产生兴趣。1943年，进入史蒂文斯学校开始高中生活。在学校中，她是合唱团、冰球队和游泳队的一员，还参加了戏剧学会，并很快在独幕喜剧《禁止饲养动物》中扮演了一个重要角色。
1947年6月5日，格蕾丝·凯利从史蒂文斯学校毕业，随即报考了美国戏剧艺术学院。同年秋，在经过多轮面试后，格蕾丝·凯利被成功录取。在校期间，她一边学习戏剧表演，一边兼职做时装模特。1949年春，格蕾丝·凯利从美国戏剧艺术学院毕业。
1949年6月25日，格蕾丝·凯利作为专业演员第一次登台，在巴克士顿剧场表演了她叔叔乔治·凯利的戏剧作品《火炬手》；同年夏天，她在希望镇的戏剧作品《千金小姐》中获得了一个小角色；此后不久，百老汇戏剧《父亲》招募饰演女儿“伯莎”的女演员，格蕾丝·凯利赶往纽约参加了面试，最终在24个参选者中成功胜出，并于同年11月16日进行了首演 。
1950年1月23日，出演的电视剧《罗丁汉姆茶具》首播，她在剧中饰演涉嫌杀死病人的陪护“马萍小姐”；3月3日，美国广播公司邀请她参与了电视剧《苹果树》的演出；同年，她被《戏剧世界》杂志评为“年度百老汇舞台上最具潜力的12名演员”之一；8月，她在电影《十四小时》中出演了一个小角色，该片为其电影处女作。
1951年2月13日，出演的浪漫幻想剧《伯克利广场》首播，该剧改编自约翰·L·鲍尔德斯顿的同名剧作；5月，在舞台剧《环绕月球》中扮演“伊莎贝尔” ；9月，因获得导演弗雷德·金尼曼的赏识，她受邀担任了西部电影《正午》的女主角，这是她首次担任主演，拍摄过程中因演技不足，开始跟随纽约曼哈顿街区剧院附属学校的桑福德·梅斯纳尔学习演技。
1952年年初，出演了电视剧《大修炼》，她在剧中饰演漂亮的纽约女星“克莱尔·康罗伊”；2月，参与拍摄了由戴尔伯特·曼执导的电视剧《富有的男孩》；4月23日，出演的喜剧类舞台剧《未完待续》在百老汇首演；7月7日，主演的西部电影《正午》上映。
1953年10月9日，与克拉克·盖博、艾娃·加德纳共同主演的爱情冒险电影《红尘》上映，格蕾丝·凯利凭借该片获得了第11届美国电影电视金球奖电影类-最佳女配角奖。
1954年5月29日，与雷·米兰德领衔主演的惊悚电影《电话谋杀案》上映，她在片中饰演因无法忍受长期的寂寞而与老同学产生了婚外情的人妻“玛戈”，凭借该角色获得了第8届英国电影学院奖电影奖-最佳外国女演员提名；8月1日，与詹姆斯·斯图尔特、瑟尔玛·瑞特等联合主演的悬疑电影《后窗》上映。
1954年夏，格蕾丝·凯利在法国拍摄电影《捉贼记》时，参观了摩纳哥皇宫，期间与摩纳哥王子雷尼尔相识。1955年5月，格蕾丝·凯利随美国代表团参加戛纳电影节活动，与已经成为亲王的雷尼尔再次相遇，不久两人相恋。
1956年4月18日，格蕾丝·凯利与雷尼尔在摩纳哥的圣尼古拉斯大教堂举行婚礼。1957年1月23日，两人的大女儿卡洛琳出生。1958年，两人的儿子阿尔贝（后成为国王艾伯特二世）出生。1965年，两人的二女儿斯蒂芬妮出生。
1982年9月13日，格蕾丝驾车载着小女儿斯蒂芬妮驾车出行，在由皇宫驶向蒙特卡洛途中，她驾驶的汽车冲出道路，摔下40多米高的悬崖。最终，斯蒂芬妮活了下来，而格蕾丝遭受了不可逆转的重度脑损伤。9月14日，格蕾丝·凯利因医治无效被宣布死亡，享年52岁 。