Kaley Christine Cuoco est née le 30 novembre 1985 à Camarillo en Californie. Son père Gary Carmine Cuoco est agent immobilier et sa mère Layne Ann Wingate, femme au foyer. Elle à une sœur cadette prénommée Briana.
Elle commence sa carrière en tant que mannequin dès la l’âge de 6 ans. N’aimant guère l’école privée, elle est scolarisée à domicile, et décroche son diplôme d’étude secondaire (l’équivalent du bac) à l’âge de 16 ans (normalement 17-18 ans lors d’une scolarité normale).
Elle décroche son premier grand rôle en 1992, pour le téléfilm « Quicksand: No Escape », avec Donald Sutherland et Tim Matheson. Rêvant de percer sur le petit écran, elle multiplie les castings et apparitions. C’est en 2000, grâce à son rôle de Maureen McCormick dans le téléfilm « Growing Up Brady » qu’elle commence enfin à faire parler d’elle, mais ca sera en 2002 qu’elle rencontrera le succès, grâce à la série « Touche pas à mes filles » ou elle joue le rôle de Bridget Erin « Beach » Hennessy, une blonde stéréotypée, populaire et superficielle. Malheureusement à la série s’arrête en 2005. Elle est cette année également classée 77eme du classement des 100 femmes les plus sexys d’FHM.
Elle continue son ascension en jouant en 2005-2006 le rôle de Billie Jenkins dans la huitième et dernière saison de la série fantastique « Charmed ». En 2006 elle participe dans de nombreux films et séries, dont dans la seconde saison de Prison Break.
En 2007, elle tient l’un des rôles principaux de la série geek « The Big Bang Theory », qui rencontre un énorme succès outre Atlantique. Elle incarne le rôle de Penny, une jeune femme « normale » qui va sympathiser avec ses voisins « nerd ».
En 2008, elle joue dans la série « Eureka » et dans le film d’horreur « Killer Movie » consacré à la télé réalité. Elle est classée cette année 21e femme la plus belle du monde dans le classement du magazine FHM américain.
Elle était censée apparaitre dans la serie « Grey’s Anatomy » mais CBS a refusé de laisser une de ses stars montantes jouer dans la série phare de sa principale concurrente ABC.
Cette année, Kaley Cuoco continue de séduire les américains puisqu’elle est classée 28°/100 des femmes les plus « Hot » du magazine Maxim.