Niki de Saint Phalle wordt geboren als Catherine Marie-Agnès Fal de Saint Phalle in Frankrijk in 1930. Wanneer ze 3 jaar oud is, verhuist haar familie naar de Verenigde Staten. Ze zal haar kindertijd en haar jeugd in New York doorbrengen. Als jongvolwassene begint ze aan een bloeiende carrière als model en verschijnt op de covers van Vogue en Life Magazine.

Op 18-jarige leeftijd vlucht ze om te trouwen met schrijver Harry Mathews, een jeugdvriend. Het echtpaar verhuist in de jaren 1950 naar Europa om daar te wonen en te werken. Het neemt voornamelijk haar intrek in Parijs. Twee kinderen werden geboren uit dit huwelijk: Laura, in 1951, en Phillip, in 1955. In 1953, na een ziekenhuisopname wegens een zenuwinzinking, begint Niki de Saint Phalle met schilderen. Die vorm van therapie zal haar helpen om de beproeving te overwinnen. Op dat cruciale moment besluit ze om kunstenaar te worden.

In 1960 scheidt ze van Harry Mathews, waardoor hij de voogdij over hun twee kinderen krijgt, om een ​​kunstenaarscarrière te beginnen. Ze neemt een atelier in de Impasse Ronsin in Parijs, waar ze zich omringt met andere kunstenaars, onder wie Jean Tinguely, die haar trouwe medewerker zal worden en met wie ze later zal hertrouwen. Als enige vrouw van de avantgardistische groep van de Nouveaux Réalistes komt ze in aanraking met de grote namen uit die tijd, zoals Jasper Johns en Robert Rauschenberg. De werken van Niki de Saint Phalle hangen op hooghoogte op grote tentoonstelling in het Musée d’Art moderne van de stad Parijs in 1960 en in The Art of Assemblage in het New York Museum of Modern Art in 1961.

In het midden van de jaren 1960 begint ze aan de creatie van haar nu iconische werken, "Les Nanas".In 1966 werkt Niki samen met Jean Tinguely en Per Olof Ultvel aan Hon (Zij in het Zweeds) voor het Moderna Museet van Stockholm. Haar kunstwerk, een liggende monumentale Nana, neemt de hele tentoonstellingsruimte in. De bezoekers kunnen erin gaan en erin rondwandelen. In die periode maakt ze haar eerste openluchtsculpturen, zoals Le Paradis fantasque (met Tinguely) voor het Franse paviljoen op de Wereldtentoonstelling 1967 in Montréal. In de jaren 1970 wordt ze gevraagd voor allerlei architecturale projecten over de hele wereld, zoals Le Golem in Jeruzalem (1972) en Le Dragon de Knokke (1973-75) in België. In 1975, ter gelegenheid van een kunstfestival, hangt het Paleis voor Schone Kunsten van Brussel haar monumentale stuk Last Night I Had a Dream op zijn voorgevel.

In het midden van de jaren 1970 biedt een jeugdvriendin haar een stuk grond aan in Toscane, waar Niki eindelijk haar kan waarmaken: een tuin met monumentale sculpturen - Le Jardin des Tarots. De werkzaamheden beginnen in 1980. In de loop van de tien jaar die volgen, werkt Niki de Saint Phalle met de hulp van vrienden en collega's aan het project. En 1982 vestigt ze zich in L’Impératrice, een gebouw in de vorm van een sfinx die als atelier en als huis fungeert. Ze maakt een reeks sobere sculpturen, The Skinnies genaamd, die het effect hebben van lineaire sculptuurtekeningen in de ruimte. Le Jardin des Tarots zal eindelijk voor het publiek worden geopend in 1998.

In 1980 wijdt het Musée national d'art moderne van het Centre Georges Pompidou in Paris een grote retrospectieve tentoonstelling aan haar die door heel Europe reist. In 1982 werkt ze samen met Jean Tinguely aan de Stravinsky-fontein op de esplanade van het Centre Georges Pompidou in Parijs, ter ere van componist Igor Stravinsky. In die tijd begint ze te lijden aan de eerste recidiverende en invaliderende aanvallen van reumatoïde artritis.

Halverwege de jaren 1990 verhuist ze om gezondheidsredenen naar La Jolla (Californië), maar ze blijft vele opdrachten aannemen over de hele wereld. In 2000 maakt ze Queen Califia’s Magical Circle in Escondido (Californië). Haar laatste grote project. Niki overlijdt in 2002 op 71-jarige leeftijd in La Jolla (Californië).