Kaley Christine Cuoco è nata il 30 novembre 1985 a Camarillo in California, è la prima di due figlie (la sorella minore si chiama Briana) di Gary Carmine Cuoco e Layne Ann Wingate.
La sua carriera di attrice è cominciata nel 1992 con il telefilm "Senza via d'uscita" (titolo originale Quicksand: No Escape). Il suo ruolo di Marcia Brady in "Growing up Brody" nel 2000, ha attirato l'attenzione della critica, così come il ruolo nella sitcom americana, "Ladies Man". Nel 2004, ha il ruolo di Bridget Hennessy, protagonista della Sit-Com "8 semplici regole", ha avuto un ruolo nella miniserie TV americana "10.5", prodotta dalla NBC, nel film "Crimes of fashion" (prodotto dalla ABC Family), e nel film indipendente Debating Robert Lee.
Nel 2004, Kaley è stata nominata la 74° donna più sexy degli Stati Uniti al "FHM-US's 100 Sexiest Women".
Sempre nel el 2004, nella versione americana del cartone animato di Disney Channel "Brandy and Mr. Whiskers", Kaley ha doppiato il personaggio Brandy Harrington.
Kaley, nel 2004, è stata co-protagonista con Nick Carter e Kevin Zegers nel film "The Hollow - La notte di Ognissanti".
Nel 2005 entra nel cast della serie TV "Streghe" per tutta la Stagione 8, impersonando Billie Jenkins, una nuova strega la cui protezione è stata affidata al Trio. Rimane in "Streghe" fino al 2006, anno della chiusura dello Show.
Dopo "Streghe" ha partecipat ad altre serie TV, tra cui "The Big Bang Theory" (ancora inedito per l'Italia), e in "Prison Break".
Dal 2007 è tra gli interpreti, e protagonisti, della sitcom "The Big Bang Theory", del network Americano CBS.