Уортон родилась в 1862 году в Нью-Йорке в аристократической семье. Получила домашнее образование, среди прочих книг используя литературу из библиотеки своего отца. В последующие годы жизни, тем не менее, она боролась с подобным видом образования и социальным принуждением. Свои детство и юность Уортон провела в Европе, где сблизилась со многими известными писателями. Особое влияние на её творчество оказал Генри Джеймс.
В 1885 году в возрасте 23 лет Уортон вышла замуж за Эдварда Роббинса Уортона, банкира из благородной бостонской семьи. Однако она не была счастлива. Вскоре Уортон обнаружила, что её муж проматывает деньги на любовниц. Их брак распался, и в 1908 году она бежала в Париж, где завела роман с Мортоном Фуллертоном, журналистом The Times. Долгое время отношения Уортон и Фуллертона держались в секрете, и знали о них лишь горничная писательницы и Генри Джеймс. В своём дневнике Уортон признавалась, что в отношениях с Фуллертоном она обрела то, чего не доставало ей в браке. Наконец, в 1913 году она официально оформила развод с Роббинсом Уортоном.
Во время Первой мировой войны Уортон работала журналистом, путешествуя по линиям фронта. Свои военные поездки она отразила в целом ряде статей. За активную помощь беженцам в 1916 году правительством Франции ей был вручен Орден Почётного легиона.
Оставшиеся годы Уортон жила во Франции. Лишь однажды она возвращалась в США — в 1923 году для получения докторской степени Йельского университета. Эдит Уортон умерла 11 августа 1937 года, похоронена на кладбище Гонар в Версале.
В 1902 году в Массачусетсе Уортон возвела собственное поместье, выступив талантливым дизайнером. Здесь она написала несколько своих романов, включая «Обитель радости» (англ. The House of Mirth, 1905).
Наиболее известный её роман, «Эпоха невинности» (The Age of Innocence), был написан во Франции и опубликован в 1920 году. В книге повествуется об адвокате Ньюленде Арчере, который накануне свадьбы с благовоспитанной Мэй Уэлланд влюбляется в её эпатажную кузину, графиню Эллен Оленскую, в результате чего жениху предстоит сделать нелёгкий выбор. За этот роман в 1921 году Уортон была награждена Пулитцеровской премией, став первой женщиной, удостоенной этой награды.