Edda van Heemstra Hepburn-Ruston néven Belgiumban született 1929-ben, apja angol-ír bankár, anyja dán bárónő volt. A világháború éveit anyjával és testvéreivel Hollandiában vészelte át, filigrán alakját többek közt a sorozatos éhezéseknek köszönhette.

Londonban tanult balettet, miközben modellkedett és színitanulmányokat is folytatott. 1948-ban debütált balerinaként, a következő években filmekben is kapott kisebb táncos szerepeket. Ezek egyikében látta meg Colette, a híres francia írónő, akinek rábeszélésére 1951-ben elvállalta a címszerepet a Gigi színpadi változatában.

A Gigi a Broadway-n is siker lett, és Audrey-ra felfigyelt Hollywood. William Wyler 1951-ben rábízta Ann hercegnő szerepét a Római vakáció című filmben, amiért megkapta a legjobb női főszereplőnek járó Oscar-díjat. A bájos, filigrán, természetes színésznő az egész világot elbűvölte, előkelő megjelenése, visszafogott nőiessége képes volt legyőzni az ötvenes évek filmvilágának kebelbombáit is. Már puszta megjelenésével, eleganciájával megváltoztatta a divatot; 1961-től szerepelt a legjobban öltözöttek listáján.

Sorra jöttek a főszerepek, nagynevű rendezők irányításával: Natasa Rosztova volt King Vidor Háború és békéjében (1956), Gary Cooperrel játszott együtt a Délutáni szerelemben (1957), Fred Zinnemann rendezte az Egy apáca történetét (1959). Bolondos fiatal lányt játszott a Truman Capote regényéből készült vígjátékban (Álom luxuskivitelben, 1961), vak nőt a Várj, míg sötét lesz című thrillerben (1967). George Cukor 1964-ben őt választotta Elisa szerepére a My Fair Lady hollywoodi változatában, énekhangját Julie Andrews kölcsönözte.

Remek volt kettőse Peter O,Toole-lal a Hogyan lopjunk egymilliót? című habkönnyű krimikomédiában.

1967-ben visszavonult, hogy idejét családjának szentelhesse. Alkalmilag többször is visszatért, 1979-ban Sidney Sheldon Vérvonal című bestsellerének filmváltozatában szerepelt, utolsó munkája a Spielberggel forgatott Mindig (1989) volt.

A Római vakációért elnyert Oscar-díj után még négy alkalommal jelölték a filmvilág legrangosabb kitüntetésére, több alkalommal megkapta a New York-i Filmkritikusok díját és a Brit Akadémiai díjat. A publikum is rajongott érte, az elbűvölő mosolyú, kecses filmsztár sokak kedvence volt.

Érzelmi élete nem alakult szerencsésen: számos kapcsolata volt és kétszer ment férjhez, de egyik sem volt tartós, és hiába álmodott nagy családról, csak két fia született.

Visszavonulása után Svájcban, Tolochenaz-ban élt. 1988-ban az ENSZ Gyermekalapja, az UNICEF jószolgálati utazó nagykövetévé választották, Etiópiában, Szomáliában, Szudánban és Vietnamban szerzett tapasztalatairól mély megrendüléssel beszélt.

1992 végén rákban megbetegedett, és 1993. január 20-án halt meg. Végakaratának megfelelően vagyonának nagy részét a világ éhező gyermekeinek javára fordítják. Az életét bemutató, 1200 tárgyat felvonultató vándorkiállítás május 10-ig látható Berlinben.