父はプロデューサーのブルース･パルトロウ（'02に死去）、母は女優のブライス･ダナー。弟は映画監督のジェイク･パルトロウ。
11歳の時に一家はNYへ移住。高校卒業後、カリフォルニア大学サンタバーバラ校に進学し、美術史を専攻していたが、女優を志して中退。父親の反対を押し切って芸能界入りする。
舞台出演を経て、1991年の「過ぎゆく夏」でジョン･トラヴォルタと共演し、映画デビュー。同年、スピルバーグ作品の「フック」でウェンディ役に抜擢され、注目されるように。
1995年には、「フィッシュ･アンド･ボーン　渇いた愛のゆくえ」のグウィネスの演技を観たブラッド･ピットの推薦もあって、デヴィッド・フィンチャー作品の「セブン」でブラッドの妻役に。人気と知名度を一気に高めた。
その後は、文芸作品の「エマ」や「大いなる遺産」、ヒッチコック作品のリメイクである「ダイヤルM」など話題作に出演し、才能を開花。
1998年の「恋に落ちたシェイクスピア」で、アカデミー主演女優賞、ゴールデン･グローブ主演女優賞を受賞。名実ともにスター女優の仲間入りを果たした。
以降、さまざまな作品で多様な役どころに挑戦している。
2005年の「プルーフ･オブ･マイ･ライフ」ではアンソニー･ホプキンスと共演し、ゴールデン･グローブ主演女優賞にノミネートされた。

「恋に落ちたシェイクスピア」は、親友だったウィノナ･ライダーに来ていたオファーをグウィネスがこっそり横取りした、というのは有名なエピソード。それ以来、2人は絶縁状態になっている。

プライベートでは、「セブン」で共演したブラッド･ピットと交際し婚約もしていたが、1997年6月に結婚目前で破局。「偶然の恋人」で共演したベン･アフレックと交際していたこともある。
2003年12月に、英ロックバンドCOLDPLAYのヴォーカルであるクリス･マーティンと結婚。2004年5月に長女アップルを出産、2006年4月には長男モーセが誕生した。

上品さ、というか、あっさり系美人なグウィネス･パルトロウ。スクリーンで観ると、はかなげ〜な透明感のある印象だけど、素顔は結構ダイタンだったり。
最近は結婚＆出産の影響もあってか、出演ペースが落ち気味。なかなか他にはいないタイプの女優サンだと思うので、もっと映画に出てほしい。