Bà sinh năm 1909 tại làng Ngọc Bộ, xã Long Hưng, huyện Văn Giang, Hưng Yên (trước thuộc tỉnh Bắc Ninh, nơi sản sinh nhiều làn điệu quan họ). Bà sinh ra trong một gia đình có nghiệp đàn hát lâu đời. Mẹ bà cũng là một ca nương có tiếng. Ngay từ nhỏ, bà Hồ đã sống trong tiếng đàn phách, rồi được mẹ truyền nghề đàn hát.

Năm 1930, bà đi ra Hà Nội hát, sau đó làm chủ nhà hát Vạn Thái ở phố Bạch Mai. Bà trở thành đào nương nổi tiếng cùng với bà Nguyễn Thị Phúc. Sau Cách mạng tháng 8, rồi kháng chiến chống Pháp, bà đi hát ở Vĩnh Yên, Phú Thọ, Thái Nguyên.

Năm 1954, hòa bình lập lại ở miền Bắc, bà làm cộng tác viên cho chuyên mục ngâm thơ của Đài Tiếng nói Việt Nam cùng với bà Nguyễn Thị Phúc. Do hoàn cảnh lúc này nghệ thuật ca trù bị coi là tàn dư của chế độ phong kiến cũ nên những đào kép đều từ bỏ nghề Tổ. Năm 1976, Giáo sư Trần Văn Khê từ Pháp trở về Hà Nội và tìm gặp các nghệ nhân ca trù. Tại đây ông đã ghi âm tiếng hát của bà đem đi giới thiệu với thế giới. Năm 1978, Hội đồng Âm nhạc Quốc tế của UNESCO và Viện Nghiên cứu Quốc tế về Âm nhạc đã trao tặng bà bằng danh dự cho công lao "gìn giữ một di sản nghệ thuật truyền thống quý báu của Việt Nam, một vốn quý của nhân loại". Năm 1983, băng ghi âm tiếng hát của bà đại diện cho Việt Nam đã được xếp hạng nhất tại Liên hoan Quốc tế Âm nhạc Truyền thống châu Á ở Bình Nhưỡng (Triều Tiên). Năm 1984, bà tham gia bộ phim tư liệu Nghệ thuật ca trù của đạo diễn Ngô Đặng Tuất và hội ngộ cùng các nghệ nhân khác như Nguyễn Thị Phúc, Nguyễn Thị Hào, Chu Văn Du, Nguyễn Thế Tuất, Phó Đình Kỳ, Đinh Khắc Ban, Phó Thị Kim Đức, Phạm Thị Mùi. Quách Thị Hồ đã trở thành nghệ nhân ca trù tiêu biểu của Việt Nam. Giọng hát của bà đã được Đài tiếng nói Việt Nam thu âm, phát sóng rộng rãi trên sóng phát thanh của Đài. Năm 1988, bà được nhận danh hiệu Nghệ sĩ nhân dân, là nghệ nhân ca trù duy nhất nhận danh hiệu này.

Nghệ nhân Quách Thị Hồ mất năm 2001 tại Hà Nội, hưởng thọ 92 tuổi.