格温妮丝·帕特洛生于美国加州洛杉矶一个艺人家庭，父亲布鲁·帕特洛是电影制片人，母亲布莱思·丹纳是著名的电影演员。格温妮丝有着金色的童年，从儿语识字起，就陪妈妈练习台词，当起了“小陪演”。她11岁的时候，父母将全家搬到了好莱坞。作为著名女演员的女儿，她继承了母亲的优点。虽然父母并不希望女儿成为一名演员，但小时候的耳孺目染、家庭熏陶，使格温妮丝很小的时候就表现出演艺方面的才华。
格温妮丝的从影历程可谓一帆风顺，1991年，18岁的她就在自己的教父——大名鼎鼎的导演史蒂芬·斯皮尔伯格的影片《霍克船长》中担任角色，扮演剧中少女时期的温蒂。1993年在影片《无情大地有情天》中首次担纲主演，同年又与妮可·基德曼搭档拍摄了《体热边缘》。1994年拍摄了《帕克夫人的情人》和《总统的秘密情人》。1995年她在《七宗罪》中扮演年轻貌美、温柔体贴的妻子，戏不多，却十分地引人注目。而她与布拉德·皮特的戏下恋情却是她拍摄此片的最大收获。被誉为“有史以来最性感的男人”，布拉德·皮特给格温妮丝带来了巨大的知名度，作为皮特的女友，格温妮丝开始闻名全球。由于她拥有着这个全球无数少女为之疯狂的梦中情人，媒体将她称为“世界上最幸运的女孩”。1996年格温妮丝拍摄了她的成名作《艾玛》，该片似乎是专为她而作，格温妮丝的演技得到了充分的展现。1997年6月，“皮特·帕特洛”这对金童玉女突然宣布分手，“天作之合”的童话破灭了。在经历了爱情挫折的打击后，格温妮丝不久就重返银幕，她不遗余力地要做一个成熟女性，事业并由此开始蒸蒸日上。
1998年是格温妮丝事业上成功而繁忙的一年。她先是接受了英国导演彼特·郝伊特的邀请，主演了英国影片《双面情人》，她为此片甚至不惜将自己的一头秀发剪短，并回绝了成为票房神话《泰坦尼克号》的拍摄。功夫不负有心人，此片上演后轰动整个国际影坛，成为继《四个婚礼和一个葬礼》、《一脱到底》之后最成功的英国电影。紧接着她又拍摄了两部重拍经典片《烈爱风云》和《完美的谋杀案》，后者改编自希区柯克的《电话谋杀案》，剧中她与迈克尔·道格拉斯的完美合作，使该片成为当年的卖座片之一。这一年她参加的最后一部、也是把她推向事业顶峰的一部影片《莎翁情史》的拍摄，格温妮丝·帕特洛凭借此片的出色表演获得了第71届奥斯卡最佳女演员奖，并一举成为好莱坞的一流大明星。但有趣的是，格温妮丝回家后就把奖杯丢进了储藏间，免得回忆起颁奖典礼上的哭得像个泪人、不知道感谢谁的尴尬场面。1999年格温妮丝与马特·达蒙合作主演了《天才雷普利》，该片成为1999年最具争议性的影片之一。
近年格温妮丝主演的影片包括有《瓶中美人》、《夹缝求生》、《晚安好梦》、《两个情人》等各种类型的作品。2008年她参演商业巨制《钢铁侠》，在其中与小罗伯特·唐尼扮演一对欢喜冤家，之后又继续出演《钢铁侠2》。2010年主演《乡谣情缘》，她在片中扮演一个沉浮不定的乡村音乐大明星，与一位年轻的作曲家一同筹办自己的演唱会。
2003年12月5日，她与英国coldplay酷玩乐队主唱克里斯·马汀结为夫妻，现在育有一女一子。
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