Родился в семье состоятельного землевладельца на ранчо в штате Монтана и получил образование в частной британской школе. Начиная с 1926 года снимался в немом кино — преимущественно в вестернах, благо блестяще держался в седле. Первым звуковым фильмом с участием Купера был «Вирджинец» (1929). В этой картине Купер произносил реплики в скупой, отрывистой манере, которая впоследствии стала его отличительной чертой.
В течение 1930-х Купер снимался в вестернах и приключенческих лентах (например, «Дела и дни бенгальского улана», 1935 год), соперничая с Кларком Гейблом за звание первого ловеласа Голливуда. Ходили слухи о его романтических связях с Ингрид Бергман, Марлен Дитрих, Грейс Келли и Патрицией Нил (которая в действительности под нажимом Купера была вынуждена сделать аборт). В 1941 году получил свой первый «Оскар» — за фильм «Сержант Йорк».
Во время Второй мировой войны Купер часто давал концерты на южнотихоокеанском фронте. Большим успехом среди американских солдат пользовалась картина «Гордость янки» (1942 год), в которой он сыграл знаменитого бейсболиста. Между тем критики все чаще жаловались, что Купер снимается слишком много и играет «вполсилы».
После войны основную часть фильмов Купера составляли вестерны. В эпоху маккартизма взгляды актёра становятся довольно консервативными, под влиянием жены он переходит в католицизм. В 1952 году получил второй «Оскар» за роль в фильме «Ровно в полдень».
В последние годы своей жизни Куперу приходилось вести борьбу с раком простаты, однако он старался держать диагноз в тайне. Много времени проводил он на ранчо своего товарища Эрнеста Хэмингуэя. За несколько месяцев до смерти актёра его друг, Джимми Стюарт, получая от имени Купера почетный «Оскар», намекнул на то, что тот тяжело болен. Через пять дней после того, как мир отметил 60-летие Купера, актёра не стало.