Romy Schneider 23 Eylül 1938'de Viyana'da doğdu. Annesi Alman aktris Magda Schneider, babası Avusturyalı bir başka oyuncu Wolf Albach-Retty'dir. Babaannesi Rosa Albach-Retty de Avusturya'nın yetiştirdiği önemli sahne sanatçılarındandır. 2. Dünya Savaşı yıllarında Bavyera Alpleri'ndeki bir kasabada yaşayan aile, 1945'teki boşanmanın ardından Romy ve kardeşi Wolfi, anne Magda Schneider ile yaşamaya başladı.

15 yaşında ilk sinema filminde, Hans Deppe'nin Beyaz Zambaklar (Wenn der weiße Flieder wieder blüht) filminde oynadı. Schneider'i genç yaşta büyük şöhrete ulaştıran rol, Avusturya'nın eski İmparatoriçesi Elizabeth'i canlandırdığı Ernst Marischka filmi Sissi (1955) oldu. Daha sonra serinin 2 devam filminde de bu rolünü tekrar etti. 1958'de, daha önce annesini üne kavuşturan "Liebelei"nin yeni uyarlaması Christine'de başrolü o sıralar çok tanınmayan Fransız Alain Delon ile paylaştı. Bu filmin ardından kariyerinin büyük kısmını geçireceği Fransa'ya taşınan Schneider, Delon'la da aşk yaşamaya başladı. Delon vasıtasıyla ünlü İtalyan tiyatro yönetmeni Luchino Visconti ile tanıştıktan sonra ilk kez tiyatro sahnesine çıkıp, Yazık ki Fahişe ('Tis Pity She's a Whore) oyununda oynadı. 1962'de Boccacio 70 filminin Visconti'nin çektiği bölümünde de rol aldı. Aynı yıl Orson Welles'in Kafka uyarlaması Dava'da Leni karakterini canlandırdı. Good Neighbor Sam, What's New Pussycat? gibi Hollywood filmlerinde oynadı, ancak istediği başarıyı sağlayamayınca Avrupa'ya yeniden yoğunlaştı. Bu dönemde Alain Delon'la ilişkisi sona erdi. 

1965'de Alman tiyatrocu Harry Meyen'le evlendi. 1 yıl sonra Berlin'de oğlu David doğdu. 1969'da Jacques Deray'in Sen Benimsin (La piscine) filminde Alain Delon ile başrolü paylaştı. 1970'te Claude Sautet'nin Altın Palmiye adayı Hayat Bağları (Les Choses de la vie) filminde Michel Piccoli ile oynadı. 1 yıl sonra yine Sautet'nin elinden çıkan Şeref Yolu (Max Et Les Ferrailleurs) filminde başrolü yine Michel Piccoli ile paylaştı. 1972'de Luchino Visconti'nin Ludwig filminde ona zamanında şöhret kapılarını açan Avusturya İmparatoriçesi Elisabeth'i yeniden canlandırdı. 1974'te Polonyalı Andrzej Zulawski'nin "Önemli Olan Sevmek" (L'important c'est d'aimer) filmindeki rolüyle ilk kez dağıtılan Cesar Ödülü'nü En İyi Kadın Oyuncu dalında kazandı.

1975'te menajeri Daniel Biasini ile evlenen sanatçının kızı Sarah 1977'de doğdu. 1978 yapımı Basit Bir Öykü (Une histoire simple) filmiyle ikinci kez Cesar Ödülü'nün sahibi oldu. Bertrand Tavernier'nin 1980 yapımı Ölümü Beklerken (Death Watch) filminde başrolü Amerikalı Harvey Keitel ile paylaştı. 1981'de Claude Miller'ın Korkunç Şüphe (Garde à vue) filminde oynadı. O dönemde Biasini'den boşandı.

Hayatının en büyük trajedisini yine 1981'de yaşadı. Eski kocası Harry Meyen'in 1979'daki intiharından sonra, Meyen'le evliliğinden doğan 14 yaşındaki oğlu David, bahçedeki çitlerden atlamaya çalışırken parmaklıkların üzerine düşerek hayatını kaybedince Romy Schneider büyük bir bunalıma girdi, o dönemde çok yoğun alkol tüketimine başladı. Paris yakınlarındaki Boissy Sans-Avoir köyüne yerleşti. Rol aldığı son film Saint Souci Yolcusu (La Passante du Sans-Souci) Meyen ve oğlu David'e ithaf edildi.

Schneider, 29 Mayıs 1982 sabahı Paris'te bir apartman dairesinde ölü bulundu. Bir önceki gece erkek arkadaşı Laurent Pétin ile bir akşam yemeği yiyen sanatçının ölümünün ilk başlarda yüksek dozda alkol ve uyku hapıyla bir intihar olduğu düşünülse de otopsi sonucunda kalp krizi nedeniyle öldüğü açıklandı. Sanatçı ölümünden birkaç ay önce bir böbrek operasyonu geçirmişti. Schneider, son yıllarını yaşadığı Boissy Sans-Avoir köyünde gömüldü. Oğlu David'in naaşı, daha sonra aynı mezara taşındı.