Nació el 27 de setiembre de 1972 en Los Ángeles. Es hija del productor y director de cine y televisión Bruce Paltrow, y la actriz Blythe Danner. Está casada con el vocalista de Coldplay, Chris Martin.

Tiene una hija llamada Apple Blythe Alison Martin, que nació el 14 de mayo de 2004 en Londres, y un hijo llamado Moses Bruce Anthony Martin nacido el 8 de abril del 2006 en la ciudad de Nueva York.

Cuando contaba once años, Gwyneth se trasladó con su familia al estado de Massachussetts, en donde comenzó a tomar clases de interpretación.

Más tarde y de vuelta en California inició estudios universitarios de Historia del arte y Antropología, pero los abandonó para dedicarse de lleno al mundo artístico.

En sus vacaciones y gracias a un intercambio estudiantil solía acudir a Talavera de la Reina, en la provincia de Toledo, gracias a lo cual habla un castellano muy correcto.

Empezó a dedicarse a la carrera de la interpretación después de aparecer en el escenario del Williamstown Theater en sus últimos años de adolescente. Todos los veranos acompañaba a su madre, Blythe Danner, al Festival de Teatro de Williamstown, en Massachussets, y la veía actuar en ``Mucho ruido y pocas nueces''. En 1991, Gwyneth Paltrow decidió abandonar sus estudios en la Universidad de California, en Santa Barbara.

El mismo año, un amigo de la familia, Steven Spielberg, le eligió para encarnar a la joven Wendy en "Hook'', una película inspirada en las aventuras de Peter Pan. Había aparecido unos meses antes en otra película, ``Shout'', de la que dice simplemente que es ``tan mala que es sorprendente''.

Aunque decía sólo una palabra -''Rebecca''-, bastó para que el director Paul Thomas Anderson se fijara en esta joven rubia de belleza radiante y le ofreciera el papel de una prostituta en ``Hard Eight''. Atrajo por primera vez la atención del público y de la crítica con su actuación junto a Meg Ryan y Dennis Quaid en "Como Uña y Carne".

Los críticos destacaron su talento en 1993 por su retrato de una timadora en Flesh and Bone. Gwyneth Paltrow parecía estar ya lista para los papeles protagonistas, pero optó por los de reparto y rodó seis películas en tres años.

Pero no fue conocida hasta su aparición en las películas Seven (1995), junto a Brad Pitt y Morgan Freeman y Emma. En cambio, fue con Shakespeare enamorado cuando Paltrow saltó definitivamente a la fama. Con este papel consiguió el Óscar y el Globo de Oro a la mejor actriz por su interpretación de Viola de Lesseps.

Desde entonces, la filmografía de Paltrow se ha disparado: participó en la aclamada película dirigida por Wes Anderson Los Tenenbaums: Una familia de genios, en la que compartió cartel con Gene Hackman, Anjelica Huston y Ben Stiller. También protagonizó la comedia Amor ciego y actuó en The Anniversary Party. Además, compartió reparto con Ben Affleck en Algo que contar y en la película A dúo.

Tras diez años de carrera, en el 2000, Gwyneth logró otro de sus sueños: ser dirigida por su padre en una película ambientada en la cultura de los karaokes. En Duets la actriz se atreve a entonar más de una canción... y no lo hace nada mal.

Paltrow ha aparecido además en la película El talento de Mr. Ripley, con Matt Damon, Jude Law y Cate Blanchett, y en el éxito Un crimen perfecto, con Michael Douglas y Viggo Mortensen, así como en el éxito internacional de público y de crítica Dos vidas en un instante.

Sky Captain, junto a Angelina Jolie y Jude Law ha sido uno de sus papeles más ambiciosos. Recientemente la hemos visto también en Proof, que protagoniza con Jake Gyllenhaal. En la actualidad baraja decenas de proyectos y es una de las actrices jóvenes con mayor proyección de Hollywood.