1932 yılında Alman bir baba ve ABD'li bir anneden, Massachusetts'te doğdu. Profesör olan babası 1940 yılında öldü. Plath ilk şiirini 8 yaşında yayımladı.
Plath, hayatı boyunca ileri derecede manik-depresif bozuklukla boğuştu. 1950 yılında bursla girdiği Smith College'deki ikinci yılında ilk intihar girişimini gerçekleştirdi ve bir akıl hastanesine yatırıldı. 1955'te Smith College'den summa cum laude derece ile mezun oldu.
Kazandığı Fulbright bursuyla Cambridge Üniversitesi'ne giderek çalışmalarını burada sürdürdü ve şiirlerini üniversitenin öğrenci gazetesi olan Varsity'de yayımladı. Plath burada 1956 yılında evleneceği İngiliz şair Ted Hughes'la tanıştı. Evliliklerinin ardından Boston'da yaşamaya başladılar. Plath, hamile kaldıktan sonra ise İngiltere'ye geri döndüler.
Plath ve Hughes, Londra'da kısa süre yaşadıktan sonra North Tawton'a yerleştiler. Çiftin Sylvia'nın kıskançlık krizleriyle başlayan sorunları bu dönemde başladı ve ilk çocuklarının doğumundan kısa süre sonra Sylvia Plath Londra'ya geri dönerek boşanma işlemlerini başlattı.
Kiraladığı evin eskiden İngiliz şair William Butler Yeats'e ait olduğunu öğrenen Plath bunu iyi bir işaret olarak değerlendirdi. 1962-1963 kışı Plath için çok zor geçti. 11 Şubat 1963'te, ikinci kattaki odalarında uyumakta olan çocuklarının yanına süt ve kurabiye bıraktıktan sonra, odalarının kapısını da içeri gaz girmeyeceğinden emin olmak üzere bantlayarak kapattı ve kafasını fırının içine sokarak intihar etti.
İntiharıyla ilgili olarak kocası Ted Hughes eleştirilere maruz kaldı. Hughes yıllarca bu konuda konuşmadı. Daha sonra anılarını yayımladı.
1963 yılında daha 30 yaşındayken intihar eden Plath’ın hayatı, Oscarlı oyuncu Gwyneth Paltrow’un ünlü şairi canlandırdığı “Sylvia” filmine de aktarıldı.
Plath’ın Türkçeye çevrilen eserleri arasında bulunan “Sırça Fanus” adlı romanı, birçok kişi tarafından ilk Amerikan feminist romanı olarak değerlendirilir.