Sinh ra trong một gia đình lao động ở Hà Nội. Bố từng là giáo viên dạy văn sau chuyển nghề công nhân, thấu xây dựng. Mẹ là công nhân xí nghiệp dược phẩm TW2. Gia đình có 3 anh em, anh trai là kỹ sư về đầu máy diegen, em gái học kinh tế.
Mỹ Linh biết hát từ lúc còn rất nhỏ. Lần đầu bước lên sân khấu khi mới lên năm tuổi hát bài 'Be bé bằng bông'. Khi còn nhỏ, Mỹ Linh bộc lộ nhiều khả năng khác nhau, có thể hát, múa hay đóng kịch và kể chuyện rất cuốn hút và đã được rất nhiều các giải thưởng cá nhân về ca hát măng non hay thi kể chuyện măng non tại địa phương .
Mỹ Linh học phổ thông cơ sở (từ lớp 1 đến lớp 8) tại PTCS Trưng Nhị, quận Hai Bà Trưng Hà Nội. Học PTTH tại trường PTTH Bạch Mai, quận Hai Bà Trưng Hà Nội. Trong 12 năm Mỹ Linh luôn làm quản ca của lớp và của trường nơi mình học. Khi còn đi học Mỹ Linh học tương đối khá đã từng 2 lần được đi dự Đại hội học sinh giỏi thủ đô, được thủ tướng khen thưởng. Khi còn đi học Mỹ Linh đặc biệt có năng khiếu cá môn xã hội như: Văn, Sử và Nhạc. Năm 1991 Mỹ Linh dự thi 'Giọng hát hay PTTH' toàn quốc lần thứ 2 và dành huy chương vàng cùng với giài dành cho người hát về thầy cô và mái trường hay nhất. Năm 1993 Mỹ Linh thi đỗ thủ khoa thanh nhạc, Nhạc viện Hà Nội và bắt đầu học tập ở đó 4 năm từ 1993 đến năm 1997, người thầy dạy hát đầu tiên của Mỹ Linh là giảng viên Diệu Thuý.
Tháng 8 năm 1993 Mỹ Linh cùng ban nhạc Hoa Sữa tham gia 'Liên hoan các ban nhạc nhẹ toàn quốc' và dành giải nhì cùng với giải 'Ca sỹ trẻ gây ấn tượng nhất liên hoan' với bài Thì Thầm Mùa Xuân của nhạc sỹ Ngọc Châu. Mỹ Linh bắt đầu tham gia hát với tư cách chuyên nghiệp từ sau cuộc thi đó. Mỹ Linh đã từng tham gia rất nhiều các chương trình lớn trong và ngoài nước và là một trong những nữ ca sỹ Việt Nam được yêu mến nhất.
Năm 1998, Mỹ Linh lập gia đình với nhạc sỹ Anh Quân. Đó là sự chuyển đổi quan trọng trong đời sống riêng và trong phong cách riêng của Mỹ Linh. Cô bắt đầu học và hát nhạc Soul và Funk. Album thành công nhất của Mỹ Linh thời gian này là: Tóc Ngắn. Cũng trong năm 1998 Mỹ Linh thực hiện tour biểu diễn xuyên Việt đầu tiên mang tên 'Tiếng Hát Mỹ Linh' tại Hà Nội, Đà Nẵng và Tp.HCM. Tour xuyên việt thứ hai năm 1999 có tên 'Mỹ Linh và anh em' đã biểu diễn tại Hà Nội, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Tp.HCM, Vũng Tàu, Nha Trang và Hải Phòng. Sau hai tour diễn dài hơi, Mỹ Linh nghỉ một thời gian để chuẩn bị cho album tiếp theo: Tóc Ngắn II ra đời vào tháng 4 năm 2000.
Năm 2003,cùng ekip ra mắt album Made in Việt nam và chương trình biểu diễn giới thiệu album tại Nhà hát lớn Hà nội.
Năm 2005 ,ra mắt album Chát với Mozart
Năm 2006, ra mắt album Để tình yêu hát và phát hành bộ 3 album Made in Viet nam, Chat với Mozart và Để tình yêu hát tại Nhật Bản.Tour diễn Mỹ linh tour 06 cung diễn ra trong năm này.
Năm 2007, Mỹ Linh mở rộng thị trường âm nhạc của mình sang Nhật. Cô đã giới thiệu 3 album đã thành công của mình là: Made in Vietnam, Chat với Mozart và Để tình yêu hát. Album Made in Vietnam đã được bình chọn là album của tháng tại Nhật Bản.