Sương Nguyệt Anh sinh tại xã An Đức, huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre. Bà là con gái thứ tư (cho nên trong gia tộc thường gọi bà là Năm Hạnh)[4] của nhà thơ Nguyễn Đình Chiểu, mẹ là bà Lê Thị Điền, người làng Thanh Ba thuộc huyện Cần Giuộc.

Thuở nhỏ, bà cùng người chị tên là Nguyễn Thị Xuyến, được cha (Đồ Chiểu) truyền dạy nên giỏi cả chữ Hán lẫn chữ Nôm. Khi cả hai khôn lớn, nổi tiếng tài sắc, được người quanh vùng ca tụng gọi là Nhị Kiều.

Năm 1888, Sương Nguyệt Anh được 24 tuổi thì cha mất. Tri phủ Ba Tường đến hỏi bà làm vợ không được, nên mang lòng oán hận, đang tìm cách hãm hại... Để tránh tai hoạ, bà cùng gia đình người anh (Nguyễn Đình Chúc) chuyển sang Cái Nứa (Mỹ Tho) rồi dời về Rạch Miễu ở nhờ nhà ông nghè Trương Văn Mân. Ở đây, bà kết duyên với một phó tổng sở tại goá vợ tên Nguyễn Công Tính [5], sinh được một gái tên là Nguyễn Thị Vinh. Năm con gái được 2 tuổi thì chồng mất. Từ đó bà thủ tiết nuôi con, thờ chồng và mở trường dạy chữ Nho cho học trò trong vùng để sinh sống. Và cũng từ đó, bà thêm trước bút hiệu Nguyệt Anh một chữ "sương" (孀), thành "Sương Nguyệt Anh", có nghĩa là "Nguyệt Anh goá chồng".

Những năm 1906-1908, hưởng ứng phong trào Đông Du của Phan Bội Châu bà bán một phần điền sản và vận động quyên góp để giúp học sinh xuất dương sang Nhật du học.

Năm 1917, Sương Nguyệt Anh được một nhóm chí sĩ ái quốc mời làm chủ bút tờ Nữ giới chung nghĩa là "tiếng chuông của nữ giới". Tờ báo ra số đầu tiên ngày 1 tháng 2 năm 1918, với chủ trương nâng cao dân trí, khuyến khích công nông thương và nhất là đề cao vai trò phụ nữ trong xã hội [6]. Nhưng dù ngòi bút của Sương Nguyệt Anh có khéo léo đến đâu, tầm ảnh hưởng của tờ báo này khiến mật thám Pháp e ngại. Tháng 7 năm 1918, tờ Nữ giới chung bị đình bản [7]. Cũng ngay lúc này, người con gái độc nhất của bà (Nguyễn Thị Vinh)[8] vừa sinh nở xong, ngã bệnh qua đời.

Sau đó mắt bà bị bệnh thường xuyên đau nhức và sức khoẻ cũng dần suy kiệt. Nghe lời thầy thuốc, Sương Nguyệt Anh dẫn cháu ngoại trở về Mỹ Chánh Hoà (Ba Tri), nương náu nơi nhà người em út tên là Nguyễn Đình Chiêm để chạy chữa, nhưng chỉ một thời gian ngắn sau, đôi mắt bà bị mù loà hẳn.

Từ đấy, sớm chiều bà lại tiếp tục dò dẫm bốc thuốc, dạy học và sáng tác thơ văn. Sáng sớm ngày 12 tháng Chạp năm Tân Dậu (tức 9 tháng 1 năm 1922), Sương Nguyệt Anh trút hơi thở cuối cùng, lúc 58 tuổi [9].

Lúc đầu, mộ Sương Nguyệt Anh ở Mỹ Nhơn, về sau (năm 1959) được đồng bào cải táng dời về nằm cạnh mộ phần của song thân bà, tức nằm trong khu đền thờ và mộ Nguyễn Đình Chiểu ngày nay.