Родилась 27 сентября 1972 года в Лос-Анджелесе (США, штат Калифорния), в семье кинорежиссёра Брюса Пэлтроу (англ.), наследника хорошо известного раввинского рода Палтрович (Paltrowitch) из города Новогрудок, и известной актрисы Блайт Даннер. Отец Пэлтроу был евреем, её мать принадлежит к квакерам из рода пенсильванских немцев.

Пэлтроу выросла в Санта-Монике, Калифорния. Затем она училась в частной школе для девочек в Нью-Йорке, после чего некоторое время изучала историю искусств в Санта-Монике. Спустя некоторое время она бросила учёбу и посвятила себя актёрскому ремеслу.

У Пэлтроу есть младший брат Джейк и двоюродная сестра, тоже актриса, Кэтрин Мённиг. Троюродная сестра актрисы — Габриэль Гиффордс, член Конгресса США, раненная в голову при покушении на неё в Тусоне (Аризона).

Её дебютом был фильм «Крик», затем она получила небольшую роль в фильме «Капитан Крюк» Стивена Спилберга, друга их семьи. Позже она исполнила роль в фильме «Семь» (в главной роли Брэд Питт).Её игра в фильме «Эмма» была встречена с одобрением. Двумя годами позже она получила «Оскар» в номинации «лучшая женская роль» за роль в фильме «Влюблённый Шекспир». Её дальнейшая карьера в кино была успешной благодаря ролям в таких фильмах, как «Доказательство» и «Семейка Тененбаум». В интервью газете The Guardian (27 января 2006 года) Гвинет Пэлтроу признала, что в её карьере есть фильмы, в которые она вложила душу, и низкопробные поделки, в которых она участвовала только из-за денег. Такие фильмы, как «Семейка Тененбаум», «Доказательство» и «Сильвия» она относит к первой категории, в то время, как «Вид сверху лучше» и «Любовь зла» — к последней.

В сентябре 2016 года Гвинет Пэлтроу представила свою первую коллекцию одежды в рамках бренда Goop и заявила о намерении каждый месяц обновлять линейку[3].