Geraldine Chaplin a kaliforniai Santa Monicában született. Édesapja a filmtörténet kezdeteinek máig legendás alakja, Charlie Chaplin, édesanyja Oona O’Neill, Eugene O’Neill, a világhírű drámaíró  lánya. Első kisebb szerepét 8 évesen kapta a Rivaldafényben. 1952-ben családjával Svájcba költözött. Eleinte balett-táncosnő szeretett volna lenni, a londoni Royal Ballet Academy-n tanult, de miután le kellett mondania álmáról, elhatározta, hogy színésznő lesz. Első komoly szerepét az 1956-ös Doktor Zsivágóban kapta, melyben Tonya szerepében láthattzk. A kritikusok és a nézők is kedvezően fogadták teljesítményét. Igazán kibontakozni Carlos Saura filmjeiben tudott, ezek közé tartozik a Hűtött mentalikőr, az Anna és a farkasok (1973), a Nevelj hollót! (1976), az Életem, Elisa (1977) és A mama százéves (1979). Olyan legendás színészek mellett csillogtatta meg tehetségét, mint például Louis de Funés, akivel a Fennakadva a fán (1971), A három testőr, avagy a királyné gyémántjai (1973) és A négy testőr, avagy a Milady bosszúja (1974) című filmek kapcsán állt kamerák elő. Geraldine Chaplin 2006. augusztus 18-án feleségül ment Patricio Castilla chilei operatőrhöz, akivel már évek óta együtt élt. A művésznőnek két gyermeke van, Shane és Oona.