Gertrude Stein est née à Allegheny, en Pennsylvanie, le 3 février 1874, dans une famille de riches immigrants juifs allemands. À l’âge de trois ans, sa famille déménage d’abord à Vienne, puis à Paris. Ils retournent en Amérique en 1878 et s’installent à Oakland, en Californie. Sa mère, Amelia, est morte d’un cancer en 1888 et son père, Daniel, est décédé en 1891.
Stein fréquente le Radcliffe College de 1893 à 1897, où elle se spécialise en psychologie sous la direction du célèbre psychologue William James. Après avoir quitté Radcliffe, elle s’inscrit à l’université Johns Hopkins, où elle étudie la médecine pendant quatre ans, avant de la quitter en 1901. Stein n’a pas reçu de diplôme officiel de ces deux institutions.
En 1903, Stein s’installe à Paris avec Alice B. Toklas, une amie plus jeune de San Francisco qui restera sa partenaire et sa secrétaire tout au long de sa vie. Le couple ne reviendra pas aux États-Unis pendant plus de trente ans. Pendant la Première Guerre mondiale, ils se sont portés volontaires ensemble, conduisant des fournitures aux hôpitaux en France.
Avec Toklas et son frère Leo, critique d’art et peintre, Stein prit un appartement sur la rive gauche. Leur maison, 27 rue de Fleurus, devint rapidement le lieu de rassemblement de nombreux jeunes artistes et écrivains, dont Henri Matisse, Ezra Pound, Pablo Picasso, Max Jacob et Guillaume Apollinaire.
Elle était un défenseur passionné de la « nouveauté » dans l’art, ses amitiés littéraires se développèrent pour inclure des écrivains aussi divers que William Carlos Williams, Djuana Barnes, F. Scott Fitzgerald, James Joyce et Ernest Hemingway. C’est à Hemingway que Stein a inventé l’expression » la génération perdue » pour décrire les écrivains expatriés vivant à l’étranger entre les deux guerres.
En 1913, le soutien de Stein aux peintres cubistes et ses écrits de plus en plus avant-gardistes provoquent une rupture avec son frère Leo, qui s’installe à Florence. Son premier livre, Three Lives, a été publié en 1909. Elle le suit avec Tender Buttons (Claire Marie) en 1914. Tender Buttons montre clairement l’effet profond de la peinture moderne sur son écriture. Dans ces petits poèmes en prose, les images et les phrases s’assemblent de manière souvent surprenante, à la manière de la peinture cubiste. Son écriture, caractérisée par l’utilisation des mots pour leurs associations et leurs sons plutôt que pour leurs significations, a suscité un intérêt considérable de la part d’autres artistes et écrivains, mais n’a pas trouvé un large public.
Parmi les œuvres les plus influentes de Stein, citons The Making of Americans (1925), How to Write (1931), The Autobiography of Alice B. Toklas (1933), qui fut un best-seller, et Stanzas in Meditation and Other Poems (1956). Sherwood Anderson, dans l’introduction de Geography and Plays (1922), a écrit que son écriture » consiste en une reconstruction, et une refonte entièrement nouvelle de la vie, dans la ville des mots. «
Stein est mort à l’hôpital américain de Neuilly le 27 juillet 1946, d’un cancer inopérable.