Родилась 10 декабря 1815 года, была единственным законнорожденным ребёнком английского поэта Джорджа Гордона Байрона и его жены Анны Изабеллы Байрон (Анабеллы). Анна Изабелла Байрон в лучшие дни своей семейной жизни за своё увлечение математикой получила от мужа прозвище «Королева Параллелограммов». В единственный и последний раз Байрон видел свою дочь через месяц после рождения. 21 апреля 1816 года Байрон подписал официальный развод и навсегда покинул Англию.
Девочка получила первое имя Огаста (Августа) в честь сводной сестры Байрона, с которой у него, по слухам, был роман. После развода её мать и родители матери никогда не назвали её этим именем, а называли Адой. Более того, из семейной библиотеки были изъяты все книги её отца.
Мать новорождённой отдала ребёнка родителям и отправилась в оздоровительный круиз. Вернулась она уже тогда, когда ребёнка можно было начинать воспитывать. В различных биографиях высказываются различные утверждения относительно того, жила ли Ада со своей матерью: некоторые утверждают, что её мать занимала первое место в её жизни, даже в браке; по другим источникам, она никогда не знала ни одного родителя.
Миссис Байрон пригласила для Ады своего бывшего учителя — шотландского математика Огастеса де Моргана. Он был женат на знаменитой Мэри Соммервиль, которая перевела в свое время с французского «Трактат о небесной механике» математика и астронома Пьера-Симона Лапласа. Именно Мэри стала для своей воспитанницы тем, что сейчас принято называть «ролевой моделью».
Когда Аде исполнилось семнадцать лет, она смогла выезжать в свет и была представлена королю и королеве. Имя Чарльза Бэббиджа юная мисс Байрон впервые услышала за обеденным столом от Мэри Соммервиль. Спустя несколько недель, 5 июня 1833 года, они впервые увиделись. Чарльз Бэббидж в момент их знакомства был профессором на кафедре математики Кэмбриджского университета — как сэр Исаак Ньютон за полтора века до него. Позднее она познакомилась и с другими выдающимися личностями той эпохи: Майклом Фарадеем, Дэвидом Брюстером, Чарльзом Уитстоном, Чарльзом Диккенсом и другими.
За несколько лет до вступления в должность Бэббидж закончил описание счётной машины, которая смогла бы производить вычисления с точностью до двадцатого знака. Чертёж с многочисленными валиками и шестерёнками, которые приводились в движение рычагом, лёг на стол премьер-министра. В 1823 году была выплачена первая субсидия на постройку того, что теперь считается первым на земле компьютером и известно под названием «Большая разностная машина Бэббиджа». Строительство продолжалось десять лет, конструкция машины всё более усложнялась, и в 1833 году финансирование было прекращено.
В 1835 году мисс Байрон вышла замуж за 29-летнего Уильяма Кинга, 8-го барона Кинга, который вскоре унаследовал титул лорда Лавлейса. У них было трое детей: Байрон, рождённый 12 мая 1836 года, Анабелла (Леди Энн Блюн), рождённая 22 сентября 1837 и Ральф Гордон, рождённый 2 июля 1839 года. Ни муж, ни трое детей не помешали Аде с упоением отдаться тому, что она считала своим призванием. Замужество даже облегчило её труды: у нее появился бесперебойный источник финансирования в виде фамильной казны графов Лавлейсов.
В 1842 году Чарльз Бэббидж был приглашен в Туринский университет провести семинар о своей аналитической машине. Луиджи Менабреа, юный итальянский инженер, и будущий премьер-министр Италии, записал лекцию на французском, и впоследствии она была опубликована в Общественной Библиотеке Женевы в октябре того же года. Бэббидж попросил графиню Лавлейс перевести записи Менабреа на английский и сопроводить текст комментариями. Леди Лавлейс потратила больше года на эту работу, после чего труды были опубликованы под акронимом ААЛ и оказались более обширными, чем записи Менабреа. В одном из своих комметариев Ада описывает алгоритм вычисления Чисел Бернулли на аналитической машине. Было признано, что это первая программа, специально реализованная для воспроизведения на компьютере, и по этой причине Ада Лавлейс считается первым программистом, несмотря на то, что машина Бэббижда так и не была сконструирована при жизни Леди.
Ада Лавлейс скончалась 27 ноября 1852 года от кровопускания при попытке лечения рака матки (от кровопускания же скончался и её отец) и была похоронена в фамильном склепе Байронов рядом со своим отцом, которого никогда не знала при жизни.
В 1975 году Министерство обороны США приняло решение о начале разработки универсального языка программирования. Министр прочитал подготовленный секретарями исторический экскурс и без колебаний одобрил и сам проект, и предполагаемое название для будущего языка — «Ада». 10 декабря 1980 года был утверждён стандарт языка.