Stein strávila dětství ve Vídni a ve francouzském Passy a dívčí věk v Oaklandu v Kalifornii. Vstoupila do Společnosti pro vysokoškolské vzdělávání žen (v roce 1894 přejmenované na Radcliffe College), kde studovala psychologii u filozofa Williama Jamese a v roce 1898 získala titul. V letech 1897-1902 studovala na Lékařské fakultě Johnse Hopkinse a poté se spolu se svým starším bratrem Leem přestěhovala nejprve do Londýna a poté do Paříže, kde měla možnost žít ze soukromých prostředků. S Leem, který se stal uznávaným uměleckým kritikem, žila do roku 1909, poté žila se svou celoživotní družkou Alicí B. Toklasovou (1877-1967).
Steinová a její bratr patřili k prvním sběratelům děl kubistů a dalších experimentálních malířů té doby, jako byli Pablo Picasso (který namaloval její portrét), Henri Matisse a Georges Braque, z nichž se několik stalo jejími přáteli. V jejím salonu se stýkali s americkými spisovateli v emigraci, které nazvala „ztracenou generací“, včetně Sherwooda Andersona a Ernesta Hemingwaye, a dalšími návštěvníky, které přilákala její literární pověst. Její literární a umělecké úsudky se těšily úctě a její náhodné poznámky mohly vytvářet nebo ničit pověst.
Ve své vlastní tvorbě se pokoušela o paralelu s teoriemi kubismu, konkrétně v soustředění na osvětlení přítomného okamžiku (při němž se často opírala o přítomný čas dokonavý) a v používání mírně variovaných opakování a extrémního zjednodušení a fragmentarizace. Nejlepší vysvětlení její teorie psaní nalezneme v eseji Kompozice jako vysvětlení, který vychází z přednášek, jež přednesla na univerzitách v Oxfordu a Cambridgi a který byl v roce 1926 vydán knižně. Mezi její díla, která byla nejdůkladněji ovlivněna kubismem, patří Něžné knoflíky (1914), které dovádí fragmentaci a abstrakci do extrému.
Její první vydaná kniha Tři životy (1909), příběhy tří dělnických žen, byla označena za menší mistrovské dílo. The Making of Americans, dlouhá skladba napsaná v letech 1906-11, ale vydaná až v roce 1925, byla příliš spletitá a nepřehledná pro běžné čtenáře, pro něž zůstala v podstatě autorkou veršů jako „Růže je růže je růže je růže“. Jedinou její knihou, která se dostala k široké veřejnosti, byla Autobiografie Alice B. Toklasové (1933), vlastně autobiografie samotné Steinové. Představení jejího díla Čtyři svatí ve třech dějstvích (1934), které skladatel Virgil Thomson přetvořil v operu, vedlo ve Spojených státech k triumfálnímu americkému přednáškovému turné v letech 1934-1935. Thomson napsal také hudbu k její druhé opeře Matka nás všech (The Mother of Us All, vydáno 1947), založené na životě feministky Susan B. Anthonyové. Jedna z raných povídek Steinové, „Q.E.D.“, byla poprvé publikována v knize Things as They Are (1950).
Excentrická Steinová nebyla ve svém sebehodnocení skromná: „Einstein byl tvůrčí filosofickou myslí století a já jsem byla tvůrčí literární myslí století“. V Paříži se stala legendou, zejména poté, co přežila německou okupaci Francie a spřátelila se s mnoha mladými americkými vojáky, kteří ji navštívili. O těchto vojácích napsala knihu Brewsie a Willie (1946).
.