Si forma a Roma nella bottega del padre Orazio Gentileschi e dimostra subito grandi capacità. La nascente fama è però offuscata dallo stupro subito dal pittore Agostino Tassi cui seguirà un famoso processo nel 1611. A questo periodo risale la prima versione della Giuditta che decapita Oloferne di Napoli. Nel 1612 viene combinato un matrimonio riparatore con un modesto artista fiorentino, Pierantonio Stiattesi, e Artemisia si trasferisce a Firenze, dove avrà quattro figli; nella città guadagna la fiducia di molti artisti e dei granduchi. Entrerà anche nell’Accademia del Disegno, prima donna in assoluto a ricevere questo onore. Qui intesse un rapporto di stima e amicizia con Michelangelo Buonarroti il Giovane, per cui esegue le tela con l’Inclinazione; negli stessi anni realizza la Conversione della Maddalena e la Giuditta con la sua ancella (Firenze, Galleria Palatina). Nel 1621 torna a Roma dove non riesce a ottenere commesse pubbliche anche a causa della fama che la circonda. Tra il 1627 e il 1630 è a Venezia, dove dipinge la Giuditta e l’ancella di Detroit e il Ritratto di Gonfaloniere di Bologna. Nel  1630 si reca a Napoli: qui intesse rapporti alla pari con diversi artisti e ottiene finalmente delle commesse pubbliche per il Duomo di Pozzuoli. Nel 1638 è chiamata a Londra da Carlo I per cui dipinge l’Autoritratto nelle vesti della Pittura. Muore a Napoli nel 1653.