Narodila se v Allegheny, Pennsylvania, USA v rodině bavorských Židů. Vyrůstala v Oakland, California, navštěvovala Radcliffe College v Cambridge, Massachutets. Nějakou dobu také studovala medicínu na Johns Hopkins University v Baltimore. V roce 1903 přijela za svým bratrem do Paříže, kde kromě pobytu ve vesničce Culoz za II. světové války, žila až do své smrti.

Gertrude Stein vydala mnoho knih, známější je však její salon kam chodili mnozí umělci. Gertrude i její bratr Leot, kritik umění, sbírali díla takových umělců jako Pablo Picasso, Paul Cezanne nebo Henri Matisse. Gertrude byla také přítelkyní Ernesta Hemingwaye a Sherwooda Andersona, které povzbuzovala v jejich tvorbě.

Její první kniha Three Lives (1909) vypráví o životě 3 žen z dělnického prostředí. Její snad nejznámější knihou The Autobiography of Alice B. Toklas (1933). Přestože jméno v titulu patří její mnohaleté partnerce, napsala tuto autobiografii Gertrude Stein sama a o sobě. Toklas napsala vlastní autobiografii What Is Remembered (1963), která vyšla dlouho po smrti Gertrude Stein. Stein napsala také libreta ke dvěma operám Virgila Thomsona Four Saints in Three Acts (1934) a The Mother of Us All (1947). Její poslední knihou je Brewsie and Willie (1946).

Z vydaných knih
Three Lives, 1909
Tender Buttons, 1914
How to Write, 1931
Before the Flowers of Friendship Faded Friendshop Faded, 1931
The Autobiography of Alice B. Toklas, 1933
Portraits and Prayers, 1934
Picasso, 1938
Paris France, 1940
What Are Masterpieces, 1940
Ida, a Novel, 1941
Wars I Have Seen, 1945
Brewsie & Willie, 1946
Blood on the Dining-Room Floor, 1948
Things As They Are, 1950

Picassův portrét Gertrude Stein