Chytilová Ostravában született 1929-ben. Az érettségit követően filozófiát hallgatott, majd egy szerelem miatti disszidálási szándék véget vetett a tanulmányoknak. Egy darabig manökenként dolgozott, ott került kapcsolatba filmesekkel, s rájött, hogy tulajdonképpen filmet szeretne rendezni. Hamarosan rendezőasszisztens lett a Barrandov Stúdióban, s rövid házasságot kötött egy fényképésszel.
    
1957-ben felvették a híres prágai filmművészeti akadémiára (FAMU), ahol mások mellett évfolyamtársa volt Jirí Menzel, Evald Schorm, Jan Nemec és Pavel Jurácek, az 1960-as évek cseh újhullámának "védjegyei". Chytilová első filmjei, 1961-es Mennyezet című diplomamunkája, majd az ezt követő rövidfilm, az Egy zsák bolha is az újhullám jellegzetes látásmódját ötvözte elvont gondolatisággal.
    
A filmakadémia elvégzése után Chytilová ismét férjhez ment, ezúttal az operatőr Jaroslav Kucerához, akinek közreműködésével készítette el 1966-ban a Százszorszépek című filmjét, vagy ahogy a rendezőnő nevezte, filozófiai burleszkjét. Ebben egy olyan absztrakt, különleges formai megoldásokkal teletűzdelt, játékos filmnyelvet hozott létre, mely további munkáira is jellemző lett. Fontos eleme ennek a nyelvnek a humor, az irónia, a kicsit groteszk látásmód is. Ugyancsak Kucerával készítette el következő filmjét, A paradicsomi fák gyümölcseit esszük címűt is. A '68 utáni feszült légkör kapcsolatukat megrontotta, végül el is váltak.
    
1968-ban a szovjet bevonulás után Chytilová rendezőtársai közül többen emigráltak, többeket eltiltottak a filmezéstől, s volt aki belső emigrációba vonult. Chytilová a tőle megszokott vehemens módon reagált: tiltakozó leveleket írt az elnöknek, a kultuszminiszternek, külföldi lapoknak és nemzetközi nőmozgalmaknak. 1976-ban, a forgatókönyv hatszori átírása után elkészülhetett a Játék az almáért című film, amelyben a régi barát, Menzel játszotta el a főszerepet. Ezt követte a Panelsztori (1979), az Elakadás (1981) és a Farkaslak (1986), a két utóbbiban a lélektani ábrázolást bűnügyi és horrorisztikus elemekkel ötvözte. Az 1983-as Egy faun megkésett délutánja című filmje ironikus lírával átszőtt merengés az öregedésről és az elmúlásról. 1984-ben született a Prága, Európa nyugtalan szíve című lírai dokumentumfilmje.
    
A '80-as évek végén Boleslav Polívka neves pantomimessel és színésszel készítette el A bolond és a királynő (1987) és az Örökség, avagy guttentag faszikáim című remekműveket (1993), az Örökség a rendszerváltás kritikája volt a burleszk műfajában, nagy vitákat váltott ki. 1989 után Chytilová is tevékenyen részt vett a cseh filmszakma megújításában. 2000-ben a Karlovy Vary-i filmfesztiválon életműdíjjal jutalmazták a világ filmművészetéhez való hozzájárulását. A még mindig energikus rendezőnő legutóbbi filmje a 2006-ban készült dráma, a Szép Pillanatok. Vera Chytilová egy hatalmas házban él Prágában színész-bábszínész lányával, operatőr fiával és unokáival együtt.