Ванесса Редгрейв родилась 30 января 1937 года в Лондоне в семье актёра Майкла Редгрейва и актрисы Рэйчел Кемпсон.
В 1954 году поступила в школу музыки и драмы Central School of Speech and Drama. Впервые появилась на театральной сцене в 1957 году вместе с отцом. С 1961 года она выступает с Королевской шекспировской труппой. В кино Ванесса Редгрейв стала известной после фильма «Морган: подходящий случай для лечения» (1966). Актриса получила премию Каннского кинофестиваля, а также номинации на «Оскар», «Золотой глобус» и BAFTA.
Другие известные картины раннего периода — «Фотоувеличение» Микеланджело Антониони (1966), «Айседора» (1968) — о жизни балерины Айседоры Дункан, «Мария — королева Шотландии» (1971).
В 1977 году Редгрейв играла вместе с Джейн Фондой в фильме «Джулия» режиссёра Фреда Циннемана. За эту роль она была удостоена премии «Оскар» в номинации «лучшая актриса второго плана». В том же году она продюсировала и озвучивала документальный фильм «Палестинец», в котором участвовала в сцене танца с автоматом Калашникова. В связи с этим группировка Jewish Defense League (фигурировавшая в отчётах ФБР как экстремистская и террористическая) организовала пикеты во время церемонии вручении премии. Глава этой организации обвинял Редгрейв в поддержке палестинцев. Несмотря на присутствие на улице активистов JDL, Редгрейв в своей речи выступила с осуждением всех форм тоталитаризма и сказала, что ни её, ни Киноакадемию не запугает «кучка сионистских хулиганов, чьё поведение оскорбляет достоинство всех евреев». Её выступление было встречено «недоумённо открытыми ртами, возгласами неодобрения и хлопками».
Позднее Редгрейв исполняла роли в фильмах «Бостонцы» (1985) — номинации на «Оскар» и «Золотой глобус», Поместье «Говардс-Энд» (1991) — номинация на «Оскар», «Миссия невыполнима» (1996), «Уайльд» (1997), «Прерванная жизнь» (1999). Редгрейв продолжает играть в кино и театре.
С начала 1960-х годов Редгрейв включилась в работу ряда общественных движений: за прекращение войны во Вьетнаме, ядерное разоружение, независимость Северной Ирландии, выезд советских евреев из СССР, независимое Палестинское государство; приходит в троцкистское движение. Редгрейв баллотировалась в парламент от троцкистской Рабочей революционной партии, которую поддерживал ливийский лидер Муаммар Каддафи. В 1990-х годах участвовала в создании Марксистской партии.
В 2002 году Редгрейв внесла залог в 50 тысяч фунтов стерлингов за освобождение чеченского сепаратиста Ахмеда Закаева. Его экстрадиции добивались российские власти, обвиняя последнего в терроризме, похищении людей и убийствах. В частности, Закаев обвинялся в организации захвата заложников во время мюзикла «Норд-Ост». Редгрейв выразила опасения за жизнь Закаева в случае его выдачи России.
В 2004 году Редгрейв вместе со своим братом основала Партию мира и прогресса (Peace and Progress Party) и приняла участие в кампании протеста против войны в Ираке.
Была замужем за режиссёром Тони Ричардсоном в 1962—1967 годах, брак с которым распался из-за увлечения последнего французской актрисой Жанной Моро. От Ричардсона она родила двух дочерей: Наташа Ричардсон (1963—2009) и Джоэли Ричардсон, которые тоже стали актрисами. У Ванессы Редгрейв есть сын от Франко Неро, с которым она снималась в «Камелоте». В 2006 году актриса вышла за Неро замуж. Известен роман Редгрейв с актёром Тимоти Далтоном. Её сестра Линн Редгрейв и брат Корин Редгрейв также были актёрами, оба скончались от рака весной 2010 года.