Fille de l'actrice Magda Schneider et de Wolf Albach Retty.
Pendant la guerre, à l'arrivée des nazis, la famille Schneider doit quitter Vienne et l'enfance de la jeune Romy, de son vrai nom Rosemarie Magdalena Albach-Retty, se passe dans un petit village près de Berchtesgaden. Suite à la naissance de leur second enfant Wolfgang, les parents de Romy se séparent. Après des études à l'Internat Goldenstein, près de Salzbourg, Romy Schneider s'inscrit en 1953 à l'École des Beaux-arts de Cologne. A cette époque, le producteur Kurt Ulrich cherche une jeune fille pour interpréter le rôle de la fille de Magda Schneider sa mère, dans Lilas Blanc. Magda le propose alors Romy qui réussit brillamment les essais et obtient ainsi sa première apparition à l'écran à 15 ans. Le film connaît un succès immédiat mais c'est avec la série des Sissi, où elle incarne l'Impératrice Elisabeth d'Autriche, aux côtés de Karl-Heinz Böhm, dans le rôle du jeune Empereur François-Joseph, que Romy Schneider devient célèbre.
1958 est une année importante dans la vie de l'actrice : Pierre Gaspard-Huit lui propose le rôle principal de Christine, un remake du Liebelei de Max Ophüls. Pendant le tournage, elle tombe amoureuse de son partenaire dans le film, Alain Delon. Romy Schneider se fiance avec lui en 1959, et le couple part vivre à Paris où suivront cinq années de passion. Son image de jeune ingénue la suit pendant toute cette période et c'est sa rencontre déterminante avec Luchino Visconti qui lui permet de changer de registre. Ce dernier lui propose un rôle dans sa mise en scène au théâtre du drame de John Ford, Dommage qu'elle soit une putain (1961), aux côtés d'Alain Delon.
La carrière de Romy prend par la suite une dimension internationale avec plusieurs rôles à Hollywood (Prete-moi ton mari (1964), une comédie avec Jack Lemmon, et le film Quoi de neuf, Pussycat ? aux côtés de Woody Allen en 1965). Sa prestation sous la direction d'Orson Welles dans Le Procès en 1963 lui donne enfin l'image d'une femme belle et libre. Si sa carrière évolue positivement, sa vie privée connaît de nombreuses turbulences. En 1966, elle épouse Harry Meyen, metteur en scène de théâtre qui lui donnera son premier enfant David-Christopher et qui se suicidera quelques temps après. La même année, elle rencontre, sur le plateau de La Voleuse, Michel Piccoli qui deviendra l'un de ses amis les plus proches.
Cinq ans après leur rupture, Alain Delon l'impose à ses côtés dans La Piscine de Jacques Deray. Un rôle où elle apparaît radieuse et superbe. Pour Luchino Visconti dans Ludwig... ou le crépuscule des dieux, elle accepte de reprendre le rôle qui l'a révélée au grand public, celui d'Elisabeth d'Autriche, plus âgée cette fois-ci. Sa rencontre avec Claude Sautet est décisive. Il en fait son égérie à travers deux films César et Rosalie et Les Choses de la vie. Ce dernier connaît un très grand succès critique et public qui va placer l'actrice au sommet de sa popularité. Deux ans plus tard, c'est sous la direction d'Andrzej Zulawski qu'elle décroche le premier César de la Meilleure Actrice pour L'Important c'est d'aimer. Une récompense qu'elle recevra de nouveau pour l'Histoire simple de son mentor, Claude Sautet.
Malgré sa rupture d'avec Daniel Biasini, son second mari, et la mort tragique de son fils, Romy débute fin octobre 81, le tournage de La Passante du Sans-Souci. A sa sortie en avril 1982, le film est un triomphe mais à peine un mois plus tard Romy Schneider est retrouvée morte à son domicile. Elle a succombé à une crise cardiaque dont les causes demeurent inconnues.