Artemisia on 1600-luvun kuuluisin naismaalari. Hän työskenteli Roomassa, Firenzessä, Venetsiassa, Napolissa ja Lontoossa eurooppalaisen yhteiskunnan korkeimmille johtajille, kuten Toscanan suurherttualle ja Espanjan Filip IV: lle.
Artemisia syntyi Roomassa, vanhimpana viidestä lapsesta ja ainoana tyttärenä Orazio Gentileschi, jonka johdolla hän kouluttautui. Artemisian varhaisin signeerattu ja päivätty maalaus ”Susanna ja vanhimmat” (Schloss Weißenstein collection, Pommersfelden, Saksa) on vuodelta 1610. Vuotta myöhemmin taidemaalari Agostino Tassi, joka oli hänen isänsä tuttava ja yhteistyökumppani, raiskasi Artemisian. vuonna 1612 seurasi pahamaineinen oikeudenkäynti, joka kirjattiin huolellisesti säilyneisiin asiakirjoihin. Tassi todettiin syylliseksi ja karkotettiin Roomasta, vaikka hänen rangaistustaan ei koskaan pantu täytäntöön.
oikeudenkäynnin jälkeen Artemisia meni naimisiin vähän tunnetun firenzeläisen taiteilijan Pierantonio di Vincenzo Stiattesin kanssa ja lähti pian tämän jälkeen Roomasta Firenzeen. Siellä hän sai viisi lasta ja vakiinnutti asemansa itsenäisenä taiteilijana, ja hänestä tuli ensimmäinen nainen, joka sai jäsenyyden Piirustusakatemiaan vuonna 1616. Artemisia palasi Roomaan vuonna 1620 velkojien ahdistelemana maksettuaan velkansa, ja hän viipyi siellä 10 vuotta (lukuun ottamatta matkaa Venetsiaan vuonna 1628).
vuodesta 1630 hän asettui Napoliin, jossa hän johti menestyvää ateljeeta kuolemaansa saakka. Hän vieraili lyhyesti Lontoossa vuonna 1639, ehkä auttaakseen sairasta isäänsä Greenwichin kuningattaren talon kattomaalauksessa (nykyään Marlborough Housessa Lontoossa), mutta palasi Napoliin seuraavana vuonna. Tarkkaa kuolinpäivää ei tiedetä, mutta äskettäin löydetyssä asiakirjassa kerrotaan hänen asuneen vielä Napolissa elokuussa 1654.