Роми Шнайдер родилась 23 сентября 1938 года в Вене в семье австрийской кинозвезды Магды Шнайдер (нем.)русск. и австрийского актёра Вольфа Альбаха-Ретти (нем.)русск.. В 1945 году родители развелись, воспитанием Розмари и её брата Вольфи занялась Магда.
Роми впервые снялась в кино в 1953 году в фильме «Когда вновь расцветает белая сирень». Затем снялась в ряде развлекательных фильмов в Австрии и Германии. С начала 60-х годов XX века снимается в фильмах многих известных кинорежиссёров Италии, Великобритании, Франции, США, позволивших в полной мере раскрыть её актёрское дарование.
В 1958 г. Роми Шнайдер снялась вместе с Аленом Делоном в фильме «Кристина». После съёмок в этом фильме Роми Шнайдер и Ален Делон стали любовниками, но в 1963 г. Делон порвал отношения с Роми. Тяжело переживая разрыв, Роми пыталась покончить жизнь самоубийством.
Роми Шнайдер вышла замуж за немецкого актёра и режиссёра Гарри Мейена и в 1967 г. родила сына Давида. В 1975 г. они развелись, а в 1979 г. Гарри Мейен покончил жизнь самоубийством.
Вторым мужем Роми стал её личный секретарь, Даниэль Бьязини. Их совместная дочь Сара Бьязини впоследствии также стала киноактрисой.
5 июля 1981 г. в результате несчастного случая погиб сын Роми Шнайдер — Давид. Он, перелезая через ограду виллы, потерял равновесие и животом напоролся на железные прутья. Роми впала в депрессию, стала злоупотреблять алкоголем и снотворным. Тем не менее она снялась в фильмах «Под предварительным следствием» и «Прохожая из Сан-Суси».
29 мая 1982 г., незадолго до премьеры нового фильма «Прохожая из Сан-Суси» с её участием, Роми Шнайдер была найдена мёртвой в своей парижской квартире. Смерть актрисы вызвала слухи о её самоубийстве. По официальной версии она скончалась от сердечного приступа. Роми Шнайдер похоронена на кладбище Буасси в 50 км от Парижа. По настоянию Алена Делона, взявшего на себя организацию похорон, прах сына Роми Шнайдер Давида был перезахоронен рядом с могилой матери.