Gwyneth Kate Paltrow nació en Los Ángeles, hija del conocido productor y director Bruce Paltrow y de la actriz ganadora del premio Tony, Blythe Danner. Su padre era de una familia judía, mientras que su madre tiene ascendencia alemana e inglesa e irlandesa. Cuando Gwyneth tenía once años, la familia se mudó a Massachusetts, donde su padre comenzó a trabajar en producciones de verano en los Berkshires. Fue aquí donde recibió su formación de actuación temprana bajo la tutela de sus padres.

Sus pininos se dieron en el teatro junto a su madre, pero fue en 1991 cuando obtuvo su primera oportunidad en la gran pantalla con el filme El Primer Grito del Rock, al lado de John Travolta y Heather Graham, y como la jóven Wendy en Hook, el Regreso del Capitán Garfio, de Steven Spielberg

Tras una serie de personajes secundarios, el éxito llega hasta 1995 cuando participa junto a Brad Pitt y Morgan Freeman en Se7en. Tanto el éxito de la película como el popular noviazgo con Pitt le proporcionan una gran fama internacional.

A partir de entonces la actriz ha estelarizado numerosos filmes que la han posicionado como una de las grandes actrices de Hollywood, como Emma (1996), Grandes esperanzas (1998), Shakespeare apasionado (1998), con la que se lleva el Oscar a Mejor Actriz, El talentoso Mr. Ripley (1999), Amor ciego (2001) y Iron Man (2008), por citar algunas.

Gwyneth estuvo casada durante 13 años con el vocalista de Coldplay, Chris Martin, con quien tuvo 2 hijos.