Родилась 14 ноября 1907 г. в городе Виммербю (Швеция) в крестьянской семье.
После окончания школы уехала в поисках работы в Стокгольм. Сменив несколько должностей (секретарь, стенографистка, редактор), удачно вышла замуж.
Первая повесть Линдгрен — «Пеппи Длинный Чулок» — увидела свет в 1945—1952 гг.
Её появлению способствовала тяжёлая болезнь любимой дочери, для которой и была создана чудесная сказка. Причина, подтолкнувшая начинающую писательницу отправить работу в издательство, до сих пор остаётся тайной. Успех пришёл к книжке мгновенно. Ей присудили несколько призов, а ошеломлённому автору предложили работу в детском издательстве.
С той поры истории Астрид Линдгрен «одна за другой, словно голубь с ладони, взлетали в мир». Линдгрен написала более ста книг, часть из них переведены на многие языки мира. Её произведения изданы почти в 60 странах.
«Карлсон, который живёт на крыше» (1955—1968 гг.) появился также отчасти благодаря дочери автора, которая рассказывала о весёлом человечке, влетающем к ней через окно и исчезающем при виде взрослых. Обращалась Линдгрен и к романтическим историям («Братья Львиное Сердце», 1979 г.; «Ронни, дочь разбойника», 1981 г.), и к детским детективам («Знаменитый сыщик Калле Блюмквист», 1946 г.), и даже к своего рода плутовским повестям, главный герой которых — озорной Эмиль из Лённеберги (1963—1970 гг.).
В 1957 г. Линдгрен стала первым детским писателем, получившим от Королевства Швеция медаль за литературные достижения. Ей присуждено огромное количество наград и премий, в том числе Международная золотая медаль X. К. Андерсена, которую называют «малой Нобелевской», премия имени Льюиса Кэрролла, Международная золотая медаль Льва Толстого, награды ЮНЕСКО, «Серебряный медведь» (за фильм «Ронни, дочь разбойника»).
Умерла 28 января 2002 г. в Стокгольме.