Stein vietti lapsuutensa Wienissä ja Passyssa, Ranskassa, ja tyttövuotensa Oaklandissa, Kaliforniassa. Hän pääsi Society for the Collegiate Instruction of Women -yliopistoon (jonka nimi muutettiin Radcliffe Collegeksi vuonna 1894), jossa hän opiskeli psykologiaa filosofi William Jamesin kanssa ja sai tutkintonsa vuonna 1898. Hän opiskeli Johns Hopkinsin lääketieteellisessä tiedekunnassa vuosina 1897-1902 ja muutti sitten isoveljensä Leon kanssa ensin Lontooseen ja sitten Pariisiin, jossa hän pystyi asumaan yksityisin varoin. Hän asui Leon, josta tuli ansioitunut taidekriitikko, kanssa vuoteen 1909 asti; sen jälkeen hän asui elinikäisen kumppaninsa Alice B. Toklasin (1877-1967) kanssa.
AP/.com
Stein ja hänen veljensä kuuluivat ensimmäisiin kubistien ja muiden aikakauden kokeilevien taidemaalareiden, kuten Pablo Picasson (joka maalasi hänen muotokuvansa), Henri Matissen ja Georges Braquen, teosten keräilijöihin, joista useista tuli hänen ystäviään. Hänen salongissaan he seurustelivat amerikkalaisten kirjailijoiden kanssa, joita hän kutsui ”kadonneeksi sukupolveksi”, kuten Sherwood Andersonin ja Ernest Hemingwayn, sekä muiden vierailijoiden kanssa, joita hänen kirjallinen maineensa houkutteli. Hänen kirjallisia ja taiteellisia arvostelukykyjään kunnioitettiin, ja hänen satunnaiset huomautuksensa saattoivat tehdä tai tuhota maineen.
Ernest Hemingwayn valokuvakokoelma/John F. Kennedy Presidential Library
Omissa töissään hän pyrki rinnastamaan kubismin teorioita, erityisesti keskittymällä nykyhetken valaisemiseen (jossa hän usein tukeutui preesensin perfektin aikamuotoon) ja käyttämällä hiukan vaihtelevia toistoja sekä äärimmäistä pelkistämistä ja pirstaleisuutta. Paras selitys hänen kirjoitusteoriaansa löytyy esseestä Composition as Explanation, joka perustuu hänen Oxfordin ja Cambridgen yliopistoissa pitämiinsä luentoihin ja joka julkaistiin kirjana vuonna 1926. Hänen teoksiinsa, joihin kubismi vaikutti perusteellisimmin, kuuluu Tender Buttons (1914), joka vie fragmentaation ja abstraktion äärimmilleen.
Hänen ensimmäistä julkaistua kirjaansa Three Lives (1909), kolmen työläisnaisen tarinoita, on kutsuttu pieneksi mestariteokseksi. The Making of Americans, vuosina 1906-11 kirjoitettu mutta vasta vuonna 1925 julkaistu pitkä teos, oli liian mutkikas ja hämärä yleisölukijoille, joille hän jäi lähinnä sellaisten repliikkien kuin ”Ruusu on ruusu on ruusu on ruusu on ruusu” kirjoittajaksi. Hänen ainoa suuren yleisön tavoittanut kirjansa oli The Autobiography of Alice B. Toklas (1933), itse asiassa Steinin oma omaelämäkerta. Hänen teoksensa Neljä pyhimystä kolmessa näytöksessä (Four Saints in Three Acts, 1934), josta säveltäjä Virgil Thomson oli tehnyt oopperan, esittäminen Yhdysvalloissa johti voittoisaan amerikkalaiseen luentokiertueeseen vuosina 1934-35. Thomson sävelsi myös musiikin hänen toiseen oopperaansa The Mother of Us All (julkaistu 1947), joka perustuu feministi Susan B. Anthonyn elämään. Yksi Steinin varhaisista novelleista, ”Q.E.D.”, julkaistiin ensimmäisen kerran teoksessa Things as They Are (1950).
Eksentrinen Stein ei ollut vaatimaton itsearviossaan: ”Einstein oli vuosisadan luova filosofinen mieli, ja minä olen ollut vuosisadan luova kirjallinen mieli.” Hänestä tuli legenda Pariisissa erityisesti sen jälkeen, kun hän oli selvinnyt hengissä Ranskan saksalaismiehityksestä ja ystävystynyt monien hänen luonaan vierailleiden nuorten amerikkalaisten sotilaiden kanssa. Hän kirjoitti näistä sotilaista teoksessa Brewsie ja Willie (1946).