Родилась 24 марта (7 апреля) 1907 в Петербурге в семье писателя К.И.Чуковского.

В воспитании Чуковской большую роль сыграла творческая атмосфера родительского дома в Петербурге и в дачном поселке Куоккала (ныне Репино), широкий круг знакомств отца, включавший в себя многих выдающихся деятелей культуры и искусства. Впоследствии Чуковская рассказала об этом в воспоминаниях "Памяти детства" (1983).

Училась в лучших учебных заведениях Петрограда - в гимназии Таганцева и Тенишевском училище. В 1924-1925 слушала лекции Ю.Тынянова, Б.Эйхенбаума, В.Жирмунского и др. выдающихся ученых на литературоведческом отделении ленинградского Института искусств. За противостояние произволу в деятельности комсомольской организации была арестована и в 1926 выслана в Саратов. Благодаря усилиям К.И.Чуковского ей удалось спустя 11 месяцев вернуться в Ленинград.

В 1928 Чуковская окончила филологический факультет Ленинградского университета и начала работать редактором детской литературы в Госиздате под непосредственным руководством поэта и переводчика С.Маршака. На всю жизнь сохранила благодарность Маршаку за помощь в ее творческом становлении. О своем редакторском опыте впоследствии рассказала в книге "В лаборатории редактора" (1960).

В годы работы в Госиздате Чуковская писала литературно-критические очерки. В эти же годы написала несколько детских книг, опубликовав их под псевдонимом Алексей Углов ("Ленинград - Одесса", 1928, "На Волге", 1931, "Повесть о Тарасе Шевченко", 1930). В 1940 опубликовала под своим именем детскую историческую повесть "История одного восстания", посвященную крестьянскому восстанию XVIII в. на Украине.

В течение всей жизни Чуковская писала стихи, которые объединила в книгу "По эту сторону смерти" (1978).

Муж Чуковской, физик М.Бронштейн, пал жертвой сталинских репрессий 1937. Сама она постоянно находилась под наблюдением карательных органов. Несмотря на это, Чуковская работала над повестью "Софья Петровна" (1939-1940, опубл. 1965 в Париже под названием "Опустелый дом"), в которой рассказала о том, как массовый террор постепенно осознается простым, не занимающимся политикой человеком. Сталинским репрессиям в писательской среде посвящена написанная в форме дневника книга "Спуск под воду" (1972).

В 1938-1941 и 1952-1962 Чуковская вела подробные записи своих бесед с А.А.Ахматовой, издав их затем со своими комментариями в виде книги "Записки об Анне Ахматовой" (1976-1980). Эта книга стала не только ярким свидетельством о жизни великой поэтессы, но и правдивой характеристикой лжи и бесчеловечности советской эпохи.

Чуковская оказывала постоянную помощь тем, кто преследовался властями. Благодаря ее усилиям в 1940-е годы был спасен от уничтожения экземпляр запрещенной книги Б.Житкова "Виктор Вавич". Во время процесса Синявского - Даниэля (1966) она обратилась с открытым письмом к участвовавшему в травле писателей М.Шолохову, написав: «Идеям следует противопоставлять идеи, а не тюрьмы и лагеря». За неоднократные выступления в защиту прав человека (в частности, А.Солженицына и А.Сахарова) в 1974 была исключена из Союза писателей. Рассказала об этом в книге "Процесс исключения" (1979).

Умерла Чуковская в Москве 7 февраля 1996.