È nata il 21 ottobre del 1929 a Berkeley, California.

Figlia di un importante antropologo, Alfred Kroeber, Ursula crebbe nella sua città natale presso la Napa Valley e fu sin da subito una precoce scrittrice e appassionata di letteratura fantascientifica. Scrisse la sua prima storia all'età di dieci anni e l'anno seguente inviò il suo primo racconto alla rivista Amazing Stories, che lo respinse.

Alla fine degli anni Quaranta studia letteratura all'Università della Columbia e si laurea in Storia della Letteratura Francese e del Risorgimento Italiano.
Solo nel 1969 arriva la notorietà con i premi Hugo e Nebula per il romanzo La mano sinistra delle tenebre.
Il grande Philip K. Dick amava incondizionatamente le opere della scrittrice, tanto che arrivò a considerarla quasi una sua sorella gemella.
Diventata presto un pilastro della narrativa di genere, il suo stile risulta sempre impeccabile, i temi trattati sempre attuali e mai banali. È forse l'unica sincera maestra della Science Fiction: la sua fantascienza un po' anarchica, profondamente umana, indaga senza ombre di ipocrisie la società attuale per tradurla nel futuro o in un mondo fantastico.

Nel 2003 vince il titolo di Grand Master, in precedenza assegnato ad autori del calibro di Arthur C. Clarke, Ray Bradbury, Isaac Asimov e Clifford Simak.

Muore nel 2018.