Nelly Sachs sinh trong một gia đình Do Thái giàu có ở Berlin. Từ nhỏ đã yêu thích âm nhạc, văn chương, làm thơ đăng trên một số báo và in một cuốn sách bao gồm những giai thoại và truyền thuyết. Năm lên 15 tuổi Nelly Sachs đọc tiểu thuyết Gostar Berlings Saga của nữ nhà văn Thụy Điển Selma Lagerlof, cuốn sách đã để lại trong lòng Nelly Sachs một ấn tượng vô cùng sâu sắc và cô đã viết thư cho Selma Lagerlof. Kể từ đó hai người tiếp tục thư từ cho đến khi Selma Lagerlof mất.

Năm lên 18 tuổi Nelly Sachs bắt đầu làm thơ về thiên nhiên và dựa trên những câu truyện cổ tích, một số bài thơ được đăng trên các báo. Sau khi bố mất và Adolf Hitler lên nắm quyền ở Đức, Nelly Sachs cùng mẹ sống một cuộc sống thu mình, không tiếp xúc với xã hội bên ngoài.

Năm 1940, nước Đức đánh chiếm châu Âu và khủng bố người Do Thái, Nelly Sachs trốn sang Thụy Điển và ở đây tiếp tục sáng tác và dịch thuật. Tập thơ đầu tiên sau chiến tranh của bà In den Wohnungen des Todes (Trong ngôi nhà của tử thần) xuất bản tại Đông Đức năm 1947. Thơ Nelly Sachs mang tư tưởng nhân đạo, thường nói về nỗi thống khổ và niềm hi vọng của dân tộc Do Thái, chịu ảnh hưởng bởi thơ ca truyền thống Do Thái và chủ nghĩa thần bí cổ đại Đức. Từ sau chiến tranh bà còn viết một số vở kịch, nhưng tác phẩm khiến bà nổi tiếng nhất là Fluch und Verwandlung (Trốn chạy và biến đổi, 1959). Sau tập thơ này bà được trao giải thưởng Anetta von Droste Hulsoff và chính quyền Dortmund đã lập ra một giải thưởng văn học hàng năm mang tên Nelly Sachs và cấp cho bà một chế độ trợ cấp trọn đời.

Nelly Sachs được tặng nhiều giải thưởng, trong đó có Giải Hòa bình của ngành kinh doanh sách Đức năm 1965, giải Nobel bà nhận cùng với nhà văn Do Thái khác là Shmuel Yosef Agnon. Nelly Sachs mất tại Stockholm.