Γεννημένη στις 4 Μαΐου 1929 ως Όντρεϊ Καθλήν Ράστον, σε έναν δήμο των Βρυξελλών, ήταν το μοναδικό παιδί του Ιρλανδού τραπεζίτη Τζόζεφ Βίκτορ Άντονι Ράστον από τη δεύτερη σύζυγό του, την πρώην Βαρόνη Έλλα φαν Χέεμστρα, μια Ολλανδέζα αριστοκράτισσα που ήταν κόρη ενός πρώην κυβερνήτη της Ολλανδικής Γουιάνας. Ο πατέρας της αργότερα προσέθεσε το επώνυμο της γιαγιάς του από την πλευρά της μητέρας του, της Καθλήν Χέπμπορν, στο οικογενειακό επώνυμο. Οπότε το επώνυμο της Όντρεϊ έγινε Χέπμπορν – Ράστον. Είχε δύο ετεροθαλείς αδερφούς από τον πρώτο γάμο της μητέρας της με έναν Ολλανδό ευγενή. Ήταν απόγονος του Βασιλιά Εδουάρδου Γ’ της Αγγλίας και του Σκωτσέζου βασιλικού συζύγου της Μαρίας Στιούαρτ Τζέημς Χέπμπορν, 4ου κόμη του Μπόθγουελ, από τον οποίο ίσως να καταγόταν και η ηθοποιός Κάθριν Χέπμπορν.
Το γεγονός ότι ο πατέρας της εργαζόταν σε μια βρετανική ασφαλιστική εταιρεία σήμαινε πως η οικογένεια θα έπρεπε να μετακομίζει ανάμεσα στις Βρυξέλλες, την Αγγλία και την Ολλανδία. Από το 1935 μέχρι το 1938 η Χέπμπορν φοίτησε σε μια ιδιωτική ακαδημία για κορίτσια στο Κεντ. Το 1935 οι γονείς της πήραν διαζύγιο και ο πατέρας της, που προσέκειτο στους Ναζί, άφησε την οικογένεια (και οι δύο γονείς ήταν μέλη της Βρετανικής Φασιστικής Ενώσεως στα μέσα της δεκαετίας του ’30 σύμφωνα με τη Γιούνιτι Μίτφορντ, φίλη της Έλλα και οπαδού του Αδόλφου Χίτλερ). Χρόνια μετά η ηθοποιός ανέφερε αυτήν την περίοδο ως την πιο τραυματική της ζωής της. Αργότερα εντόπισε τον πατέρα της στο Δουβλίνο διαμέσου του Ερυθρού Σταυρού. Διατήρησε επαφή μαζί του και τον υποστήριζε οικονομικά μέχρι και το θάνατό του. Το 1939 η μητέρα της πήρε την απόφαση να μετακομίσει μαζί με τα παιδιά της στο σπίτι του παππού τους στο Άρνεμ της Ολλανδίας. Η Έλλα πίστευε πως η Ολλανδία ήταν ασφαλής από γερμανική εισβολή. Η Χέπμπορν φοίτησε στο Ωδείο του Άρνεμ από το 1939 μέχρι και το 1945 όπου και μυήθηκε στο μπαλέτο μαζί με τα καθημερινά της μαθήματα.
Το 1940 οι Γερμανοί εισέβαλαν στην Ολλανδία. Κατά τη διάρκεια του πολέμου η Χέπμπορν υιοθέτησε το ψεύτικο όνομα Ίντα φαν Χέεμστρα, αλλάζοντας τα έγγραφα της μητέρας της γιατί ένα όνομα που ακουγόταν έντονα αγγλικό θεωρήθηκε επικίνδυνο. Αυτό δεν ήταν ποτέ επίσημο νομικά το όνομά της. Πρόκειται για απλή παράφραση του ονόματος της μητέρας της.
Μέχρι το 1944 η Χέπμπορν είχε εξελιχθεί σε πολύ καλή μπαλαρίνα. Μυστικά χόρευε σε συγκεντρώσεις για να μαζέψει χρήματα για την ολλανδική αντίσταση. Αργότερα δήλωσε πως «το καλύτερο κοινό που είχα ποτέ δεν έκανε τον παραμικρό ήχο στο τέλος της παράστασής μου».
Μετά την Απόβαση των Συμμαχικών Δυνάμεων στη Νορμανδία η κατάσταση δυσκόλεψε στη γερμανοκρατούμενη Ολλανδία. Κατά τη διάρκεια του λιμού το χειμώνα του 1944 οι Γερμανοί κρατούσαν την περιορισμένη τροφή και καύσιμη ύλη των Ολλανδών για τις δικές τους ανάγκες. Χωρίς θέρμανση στα σπίτια τους ούτε φαγητό, οι άνθρωποι πέθαιναν από την πείνα και το κρύο στους δρόμους. Οι Χέπμπορν όπως και αρκετοί άλλοι αναγκάζονταν να φτιάχνουν αλεύρι από βολβούς τουλίπας για να φτιάξουν πίτες και μπισκότα. Το Άρνεμ καταστράφηκε κατά τη διάρκεια αεροπορικών επιδρομών. Ο θείος και ο ξάδερφος της μητέρας της Χέπμπορν εκτελέστηκαν μπροστά της γιατί έλαβαν μέρος στην Αντίσταση. Ο ετεροθαλής αδερφός της Ίαν πέρασε κάποιο διάστημα σε γερμανικό στρατόπεδο εργασίας. Υποφέροντας από υποσιτισμό, η Χέπμπορν εμφάνισε οξεία αναιμία, αναπνευστικά προβλήματα και οίδημα.
Το 1991 η Χέπμπορν είπε:
Έχω αναμνήσεις. Περισσότερες από μία φορές βρέθηκα στο σταθμό βλέποντας τρένα γεμάτα Εβραίους που μεταφέρονταν, βλέποντας όλα αυτά τα πρόσωπα από την κορυφή του βαγονιού. Θυμάμαι πολύ έντονα, ένα μικρό αγόρι να στέκεται με τους γονείς του στην αποβάθρα, πολύ χλωμό, πολύ ξανθό, να φορά ένα παλτό πολύ μεγάλο για εκείνο, και μπήκε στο τρένο. Ήμουν ένα παιδί που παρατηρούσε ένα παιδί.
Η Χέπμπορν είχε επίσης πολλές ομοιότητες με την Άννα Φρανκ.
Είχα ακριβώς την ίδια ηλικία με την Άννα Φρανκ. Ήμαστε και οι δύο δέκα ετών όταν ξέσπασε ο πόλεμος και δεκαπέντε όταν έλαβε τέλος. Μου δόθηκε το βιβλίο στα Ολλανδικά, το 1946 από έναν φίλο – και με καταρράκωσε. Το κάνει σε πολλούς ανθρώπους όταν το διαβάζουν για πρώτη φορά αλλά εγώ δεν το διάβαζα ως βιβλίο, αλλά σαν τυπωμένες σελίδες. Αυτή ήταν η ζωή μου. Δεν γνώριζα τι επρόκειτο να διαβάσω. Ποτέ δεν ήμουν η ίδια ξανά, με επηρέασε πολύ βαθιά.
Είδαμε αντίποινα. Είδαμε νέους άντρες να τοποθετούνται μπροστά σε έναν τοίχο και να πυροβολούνται και έκλειναν το δρόμο και μετά τον άνοιγαν και μπορούσες να περάσεις και πάλι. Αν διαβάσεις το ημερολόγιο, σημείωσα ένα κομμάτι όπου γράφει «Πέντε όμηροι εκτελέστηκαν σήμερα». Ήταν η μέρα που εκτέλεσαν το θείο μου. Και στα λόγια αυτού του παιδιού διάβαζα αυτό που ήταν μέσα μου και ακόμη είναι εκεί. Ήταν μια κάθαρση για μένα. Αυτό το παιδί, το κλειδωμένο σε τέσσερις τοίχους, έγραψε μια πλήρη περιγραφή όσων έζησα και ένιωσα.
Εκείνη η εποχή δεν αποτελείτο μονάχα από μελανά σημεία και μπόρεσε να χαρεί και κομμάτι από την παιδική της ηλικία. Φτιάχνοντας και πάλι παραλληλισμούς με την Άννα Φρανκ η Χέπμπορν είπε: «Αυτό το πνεύμα επιβίωσης είναι τόσο δυνατό στα λόγια της Άννας Φρανκ. Σε μια στιγμή γράφει «Έχω πέσει σε μεγάλη κατάθλιψη». Την επόμενη πως θα ήθελε να καβαλήσει ένα ποδήλατο. Είναι σίγουρα σύμβολο του παιδιού σε πολύ δύσκολες περιστάσεις, που είναι αυτό στο οποίο αφιερώνω όλο μου το χρόνο. Υπερβαίνει το θάνατό της».
Μέρος του χρόνου της η Όντρεϊ το περνούσε ζωγραφίζοντας. Κάποια από τα σχέδιά της μπορεί να τα δει κανείς μέχρι τις μέρες μας. Όταν η χώρα ελευθερώθηκε από τις Συμμαχικές Δυνάμεις ακολούθησαν τα καμιόνια της Διαχείρισης Ανακούφισης και Αναμόφωσης των Ηνωμένων Εθνών. Η Χέπμπορν είπε σε μια συνέντευξη πως ήπιε ένα ολόκληρο τενεκεδάκι συμπυκνωμένου γάλατος και κατόπιν αρρώστησε από τα πρώτα της γεύματα γιατί έβαλε στο πιάτο της υπερβολικά πολλή ζάχαρη. Αυτές οι εμπειρίες την οδήγησαν στο να συμμετέχει στο έργο της UNICEF αργότερα στη ζωή της.
Η ίδια ήθελε να ασχοληθεί με τον χορό, αλλά η δασκάλα της στην υποκριτική την έπεισε ότι είχε το ταλέντο να ακολουθήσει καριέρα ηθοποιού. Στα τέλη της δεκαετίας του ’40 εμφανίστηκε σε θεατρικές παραστάσεις στο Λονδίνο και το 1951 έκανε την πρώτη της εμφάνιση στον κινηματογράφο με την ταινία «Γέλιο στον Παράδεισο» (Laughter in Paradise), σε σκηνοθεσία Μάριο Ζάμπι. Μετά από μία ασύνομη παραμονή στο Παρίσι επέστρεψε στο Λονδίνο, όπου γύρισε διάφορες ταινίες από τις ξεχώρισαν «Η συμμορία του Λαβέντερ Χιλ» (The Lavender Hill Mob, 1951) σε σκηνοθεσία Τσαρλς Κράιτον και «Σκιές στην Ομίχλη» (The Secret People, 1952) σε σκηνοθεσία Θόρολντ Ντίκινσον.
Το 1953 γύρισε την πρώτη της ταινία στο Χόλιγουντ, τη ρομαντική κωμωδία «Διακοπές στην Ρώμη» (Roman Holiday) σε σκηνοθεσία Γουίλιαμ Γουάϊλερ, που την έκανε παγκοσμίως γνωστή και της απέφερε το μοναδικό βραβείο Όσκαρ της καριέρας της. Ακολούθησαν ταινίες που τόνισαν την ξεχωριστή χάρη και φινέτσα της, όπως «Σαμπρίνα» (Sabrina, 1954) του Μπίλι Γουάϊλντερ, «Πόλεμος και Ειρήνη» (War and Peace, 1956) του Κινγκ Βίντορ, «Έξυπνο Μουτράκι» (Funny Face, 1957) του Στάνλεϊ Ντόνεν, «Αριάν» (Love in the Afternoon, 1957) του Μπίλι Γουάϊλντερ, «Η ιστορία μιας μοναχής» (The Nun’s Story, 1959) του Φρεντ Τσίνεμαν, «Οι Ασυγχώρηστοι» (The Unforgiven, 1960) του Τζον Χιούστον, «Τίποτα δεν είναι πιο ωραίο από την αγάπη» (Breakfast at Tifanny’s, 1961) του Μπλέικ Έντουαρντς, «Ωραία μου Κυρία» (My Fair Lady, 1964) του Τζορτζ Κιούκορ, κ.ά.
Η Όντρεϊ Χέπμπορν μέχρι σήμερα θεωρείται πρότυπο ομορφιάς και κομψότητας. Συχνά την αποκαλούσαν μια από τις ομορφότερες γυναίκες όλων των εποχών. Ο τρόπος ντυσίματός της παραμένει δημοφιλής ανάμεσα στο γυναικείο πληθυσμό. Αντίθετα με την εικόνα αυτή, και παρόλο που στη Χέπμπορν άρεσε η μόδα, δεν έδινε και τόση σημασία στο θέμα. Συχνά προτιμούσε απλό και άνετο ντύσιμο. Επίσης, ποτέ δεν θεώρησε τον εαυτό της ιδιαίτερα ελκυστικό. Σε μια συνέντευξη το 1959 είπε:
Μπορείς ακόμη και να πεις πως μισούσα τον εαυτό μου για κάποιες περιόδους. Ήμουν πολύ χοντρή, ή ίσως πολύ ψηλή, ή απλά πολύ άσχημη…
Μέχρι σήμερα, μόνο μια βιογραφική ταινία που βασίστηκε στη ζωή της έχει γυριστεί. Η αμερικανική τηλεταινία του 2000 «The Audrey Hepburn Story», παρουσίασε στο ρόλο της ηθοποιού την Τζένιφερ Λαβ Χιούιτ. Η τελευταία ήταν επίσης συμπαραγωγός. Έλαβε κακές κριτικές εξαιτίας πολλών λαθών στα γεγονότα και της κακής ερμηνείας της Χίουιτ. Η ταινία τελείωνε με υλικό της πραγματικής Όντρεϊ Χέπμπορν, γυρισμένο κατά τη διάρκεια των τελευταίων αποστολών της για τη UNICEF. Η Έμμυ Ρόσουμ, σε έναν από τους πρώτους της κινηματογραφικούς ρόλους, υποδύθηκε τη Χέπμπορν σε προεφηβική ηλικία.
Το 2003, τα Ταχυδρομεία των ΗΠΑ εξέδωσαν ένα γραμματόσημο που την τιμούσε ως θρύλο του Χόλλυγουντ και ανθρωπιστή. Απεικονίζει ένα σκίτσο της βασισμένο σε διαφημιστική φωτογραφία για την ταινία «Σαμπρίνα». Η Χέπμπορν είναι από τους λίγους μη-Αμερικανούς που τιμήθηκαν με αυτόν τον τρόπο.
Η εικόνα της Χέπμπορν χρησιμοποιείται ακόμη ευρέως σε διαφημιστικές εκστρατείες σε όλο τον κόσμο. Στην Ιαπωνία, μια σειρά από διαφημίσεις χρησιμοποίησαν μια συλλογή από χρωματισμένα και ψηφιακά επεξεργασμένα κλιπς της Χέπμπορν από το «Roman Holiday» για την προώθηση μιας μάρκας τσαγιού. Στις ΗΠΑ, η Χέπμπορν εμφανίστηκε σε διαφημιστικό της εταιρίας Gap που προβαλλόταν από τις 7 Σεπτεμβρίου 2006 μέχρι τις 5 Οκτωβρίου 2006. Περιελάμβανε αποσπάσματα από χορευτικά της στο «Funny Face».
Το «μικρό μαύρο φόρεμα» από την ταινία «Breakfast at Tiffany’s», σχεδιασμένο από τον Ζιβενσύ, πωλήθηκε σε πλειστηριασμό του Οίκου Christie’s στις 5 Δεκεμβρίου 2006 για £467.200 (περίπου $655.000), περίπου επτά φορές πάνω από την αρχική του τιμή. Αυτή είναι η μεγαλύτερη τιμή που έχει ποτέ δοθεί για φόρεμα από ταινία. Τα έσοδα πήγαν σε φιλανθρωπικό ίδρυμα που βοηθά μη προνομιούχα παιδιά στην Ινδία.
Η Όντρεϊ Χέπμπορν απεβίωσε στις 20 Ιανουαρίου του 1993 στο χωριό Τολοσενά της Ελβετίας, όπου και τάφηκε. Έπασχε από μία σπάνια μορφή καρκίνου.