1887'de Sun Prairie, Wisconsin'de 7 çocuklu bir ailenin ikinci çocuğu olarak dünyaya geldi.
New York Sanat Enstitüsü ve Chicago Sanat Enstitüsü'nde eğitim gördü.
Fotoğrafçı Alfred Stieglitz'e ait olan ve Avrupa avant-garde sanatının sergilendiği galeriye 291 eseriyle katıldı. ilk kez, Auguste Rodin ve Henri Matisse gibi popüler Avrupalı sanatçılar ile tanıştı.
1908'de Chicago'da ticari bir amaçla sanatçı olarak görev aldı.
Öğretmen olarak West Texas Üniversitesi'nde sanat departmanının başına geçmeye karar verdi.
1912 yılında Virginia Üniversitesi yaz okulunda bir resim dersine katıldıktan sonra sanatına yeniden başladı.
1924 yılında Strand'ın fotoğrafçılığından ve kameranın büyüteç lens gibi davranma yeteneğinden derinden etkilendi.
Aynı yıl Alfred Stieglitz ile hayatını birleştirdi.
1930'lar ve 1940'larda popülaritesi artmaya devam etti ve 1943'te Chicago Sanat Enstitüsü'nde, 1946'da ise Modern Sanat Müzesi'nde iki retrospektifle onurlandırıldı. Aynı eşi Alfred Stieglitz öldü.
1949'da , kalıcı olarak New Mexico'ya taşındı.
1950'lerde Santa Fe yakınlarındaki iki evinden biri olan Abiquiu'daki veranda duvarının ve kapısının mimari formlarını içeren bir dizi eser üretti.
1972 yılında görme kaybına uğradı. O nedenle artık yağlı boya resim yapamaz oldu.
1976 yılında bir sanat kitabı yazdı ve kendisi hakkında bir film yapılmasına da izin verdi.
1977 yılında Amerika Birleşik Devletleri Başkanı Gerald R. Ford Amerikan vatandaşlarına verilen en yüksek onur ödüü olan Başkanlık Özgürlük Madalyası'nı O'Keeffe'ye sundu.
1985 yılında Ulusal Sanat Madalyası ile ödüllendirildi.
1986 yılında 98 yaşındayken Santa Fe'deki evinde vefat etti, cenazesi isteğine uygun olarak Pedernal Dağı üzerinde yakıldı ve külleri rüzgarda dağıtıldı.
Eserleri arasında 2014 senesinde Sotheby's Amerikan Sanatı Müzayedesi'nde 44.405.000 dolara alıcı bulan ve bu fiyatıyla bir kadın sanatçıya ait en pahalı eser ünvanını alan meşhur Jimson Weed / White Flower No:1 (Tatula / Beyaz Çiçek No1) bulunmaktadır.
1932 senesinde yaptığı bu eser bizim Boru Çiçeği olarak bildiğimiz Tatula'dır. Sanatçının ulvi bir güzelliğe ulaştırdığı bu güzel ama zehirli , halüsinatif çiçek, 122 x 102 cm ebatlarındaki tuvalin neredeyse tamamını saf beyaz tonları ve kadifemsi yapraklarıyla doldurmaktadır.
Çiçek resimleri O'Keeffe'in sanatsal üretiminin sadece yüzde beşini oluşturmalarına rağmen en geniş kitlelere ulaşmış ve santçıyla özdeşleşmiş eserleridir.
Sanatçının eşi olan Alfred Stieglitz 50 yıllık kariyeriyle fotoğrafın resim ve heykel gibi sanatlarla bir olarak kabul görmesine neden olmuş Amerikalı fotoğrafçıdır. Birbirlerinin sanatlarından çok etkilenseler de bu bir aşk evliliği sayılmazdı. Evlendikleri Alfred 60, Georgia ise 37 yaşındaydı.
