Гуинет Полтроу е родена на 27 септември 1972 г. в Лос Анжелис. Баща ѝ Брус Полтроу е режисьор и продуцент, майка ѝ Блайт Данър е актриса, а брат ѝ Джейк Полтроу е режисьор и сценарист. Семейството на баща ѝ са ашкенази имигрирали от Беларус и Полша, докато майка ѝ е потомък на пенсилвански немци и бели барбадосци.

Гуинет израства в Санта Моникаа. След филма "Седем“ Гуинет започва връзка с актьора Брад Пит. Двамата се сгодяват през декември 1996 г., но се разделят през юни 1997 г. От 1997 до 2000 г. има връзка с актьора Бен Афлек. През 2002 г. се запознава с Крис Мартин, вокал на групата "Колдплей“. През 2003 г. двамата сключват брак в тесен кръг в хотел в Южна Калифорния. Полтроу и Мартин имат две деца – момиче на име Епъл и момче на име Моузес. През 2014 г. Гуинет обявява, че семейството се разделя и е подадена молба за развод, причината е "непреодолими различия“. През 2015 г. се развеждат.

От месец август 2014 г. има любовна връзка с Брад Фолчък, който един от създателите на сериала "Клуб Веселие“. Двамата сключват брак на 29 септември 2018 г.

Актьорският ѝ дебют е през 1989 г. в телевизионния филм "High“, който е режисиран от баща ѝ. Професионалният ѝ театрален дебют е през 1990 г. на театралния фестивал в Уилямстаун.