Элизабет Барретт родилась в 1806 году в семье вест-индского плантатора. Ещё в детские годы она читала философские труды, изучала древнегреческий, французский и латинский языки.
В десятилетнем возрасте Элизабет сочиняла стихи к семейным праздникам, а в 1820 году написала свою первую поэму - «Марафонская битва» (англ. The Battle of Marathon), опубликованную стараниями её отца. В 1826 году вышел сборник юной поэтессы «Опыт о разуме и другие стихи» (англ. An Essay on Mind and Other Poems), а в 1833 году она перевела трагедию Эсхила «Прикованный Прометей» (англ. Prometheus Bound).
В 1835 году семья перебралась в Лондон. В 1838 году был издан сборник «Серафим и другие стихи» (англ. The Seraphim and Other Poems), после чего её имя стало широко известно читающей публике. В том же году из-за ухудшения здоровья она уехала в город Торки (графство Девоншир), но, пережив сильный нервный срыв после гибели там её любимого брата Эдварда, в 1841 году вернулась в Лондон, где вела уединённый образ жизни. В 1843 году было опубликовано её стихотворение «Плач детей» (англ. The Cry of the Children), посвящённое детскому рабству. Оно неоднократно переводилось на русский язык и послужило основой для одноимённого произведения Н. А. Некрасова.
10 января 1845 года Роберт Браунинг, восхищённый стихами Элизабет, написал ей письмо, и началась любовная переписка. 12 сентября 1846 года Элизабет и Роберт тайно обвенчались и вскоре уехали в Италию. Некоторое время прожив в Пизе, супруги перебрались во Флоренцию, где в 1849 году у них появился сын.
Пик популярности Элизабет Браунинг пришёлся на 1850-е годы, когда была выпущена одна из наиболее известных её работ - «Сонеты с португальского» (англ. Sonnets from the Portuguese) - сборник любовных стихов. Роман в стихах «Аврора Ли» (англ. Aurora Leigh, 1856) остро обозначил проблему социальной несправедливости. Поэмы «Окна дома Гвиди» (англ. Casa Guidi Windows, 1851) и «Песня к конгрессу» (англ. Poems Before Congress, 1860) были написаны под впечатлением итальянской революции 1848 года.
Элизабет Браунинг умерла на руках у мужа во Флоренции летом 1861 года; похоронена там же, на Английском кладбище.
Роман Элизабет и Роберта был представлен в драме Рудольфа Бесье «Барретты с Уимпоул-стрит», получившей сценическую известность и несколько раз экранизированной (1934, 1957). Роль Элизабет исполняли Кэтрин Корнелл, Норма Ширер, Дженнифер Джонс.
В фильме «Всё, чего желаю» (1953 г.) героиня Барбары Стэнвик читает стихотворение "How Do I Love Thee?"
Вирджиния Вулф написала шутливую биографию коккер-спаниеля Элизабет «Флаш» (1933), посредством которой рассказала о жизни супругов Браунинг.
Строки из сонета Браунинг выгравированы на серебряном портсигаре Митча в пьесе Теннесси Уильямса «Трамвай „Желание“».
Стихотворение Браунинг «Когда наши души прямые и сильные…» прозвучало в кинофильме «История любви» и сериале «Ангел или Демон».