Kaley Cuoco grandit à Camarillo en Californie avec son père, agent immobilier, sa mère, femme au foyer.
Alors qu'elle se prédestine à devenir championne de tennis,
Kaley Cuoco débute une carrière de mannequin à l'âge de 6 ans et débute dans la comédie dans le film
Quicksand un ans plus tard. En 2000, elle joue dans
Growing Up Brady dans le rôle de Maureen McCormick, puis décroche un rôle dans le sitcom
Ladies Man.
C'est en 2004 que
Kaley Cuoco se révèle au grand public sous les traits de Bridget Hennessy dans la série télévisée
Touche Pas à Mes Filles. Dés 2005, et durant la 8ème saison (et dernière) de la série
Charmed, la jeune actrice est Billie Jenkins, une nouvelle sorcière.
En 2007 c'est la consécration pour
Kaley Cuoco qui interprète un des rôles principaux dans la série à succès
The Big Bang Theory. Entre-temps, on a pu l'apercevoir dans quelques épisodes de
Prison Break et dans le film d'horreur
Killer Movie.
En 2011,
Kaley Cuoco donne la réplique à James Marsden et Russell Brand dans le film
Hop.