Filha de Carlos Alberto de Carvalho Meireles, funcionário do Banco do Brasil S.A., e de D. Matilde Benevides Meireles, professora municipal, Cecília Benevides de Carvalho Meireles nasceu em 7 de novembro de 1901, na Tijuca, Rio de Janeiro. Foi a única sobrevivente dos quatros filhos do casal. O pai faleceu três meses antes do seu nascimento, e sua mãe quando ainda não tinha três anos. Criou-a, a partir de então, sua avó D. Jacinta Garcia Benevides. Escreveria mais tarde:
"Nasci aqui mesmo no Rio de Janeiro, três meses depois da morte de meu pai, e perdi minha mãe antes dos três anos. Essas e outras mortes ocorridas na família acarretaram muitos contratempos materiais, mas, ao mesmo tempo, me deram, desde pequenina, uma tal intimidade com a Morte que docemente aprendi essas relações entre o Efêmero e o Eterno.
(...) Em toda a vida, nunca me esforcei por ganhar nem me espantei por perder. A noção ou o sentimento da transitoriedade de tudo é o fundamento mesmo da minha personalidade.
(...) Minha infância de menina sozinha deu-me duas coisas que parecem negativas, e foram sempre positivas para mim: silêncio e solidão. Essa foi sempre a área de minha vida. Área mágica, onde os caleidoscópios inventaram fabulosos mundos geométricos, onde os relógios revelaram o segredo do seu mecanismo, e as bonecas o jogo do seu olhar. Mais tarde foi nessa área que os livros se abriram, e deixaram sair suas realidades e seus sonhos, em combinação tão harmoniosa que até hoje não compreendo como se possa estabelecer uma separação entre esses dois tempos de vida, unidos como os fios de um pano."
Conclui seus primeiros estudos — curso primário — em 1910, na Escola Estácio de Sá, ocasião em que recebe de Olavo Bilac, Inspetor Escolar do Rio de Janeiro, medalha de ouro por ter feito todo o curso com "distinção e louvor". Diplomando-se no Curso Normal do Instituto de Educação do Rio de Janeiro, em 1917, passa a exercer o magistério primário em escolas oficiais do antigo Distrito Federal.
Dois anos depois, em 1919, publica seu primeiro livro de poesias, "Espectro". Seguiram-se "Nunca mais... e Poema dos Poemas", em 1923, e "Baladas para El-Rei, em 1925.
Casa-se, em 1922, com o pintor português Fernando Correia Dias, com quem tem três filhas: Maria Elvira, Maria Mathilde e Maria Fernanda, esta última artista teatral consagrada. Suas filhas lhe dão cinco netos.
Publica, em Lisboa - Portugal, o ensaio "O Espírito Vitorioso", uma apologia do Simbolismo.
Correia Dias suicida-se em 1935. Cecília casa-se, em 1940, com o professor e engenheiro agrônomo Heitor Vinícius da Silveira Grilo.
De 1930 a 1931, mantém no Diário de Notícias uma página diária sobre problemas de educação.
Em 1934, organiza a primeira biblioteca infantil do Rio de Janeiro, ao dirigir o Centro Infantil, que funcionou durante quatro anos no antigo Pavilhão Mourisco, no bairro de Botafogo.
Profere, em Lisboa e Coimbra - Portugal, conferências sobre Literatura Brasileira.
De 1935 a 1938, leciona Literatura Luso-Brasileira e de Técnica e Crítica Literária, na Universidade do Distrito Federal (hoje UFRJ).
Publica, em Lisboa - Portugal, o ensaio "Batuque, Samba e Macumba", com ilustrações de sua autoria.
Colabora ainda ativamente, de 1936 a 1938, no jornal A Manhã e na revista Observador Econômico.
A concessão do Prêmio de Poesia Olavo Bilac, pela Academia Brasileira de Letras, ao seu livro Viagem, em 1939, resultou de animados debates, que tornaram manifesta a alta qualidade de sua poesia.
Publica, em 1939/1940, em Lisboa - Portugal, em capítulos, "Olhinhos de Gato" na revista "Ocidente".
Em 1940, leciona Literatura e Cultura Brasileira na Universidade do Texas (USA).
Em 1942, torna-se sócia honorária do Real Gabinete Português de Leitura, no Rio de Janeiro (RJ).
Aposenta-se em 1951 como diretora de escola, porém continua a trabalhar, como produtora e redatora de programas culturais, na Rádio Ministério da Educação, no Rio de Janeiro (RJ).
Em 1952, torna-se Oficial da Ordem de Mérito do Chile, honraria concedida pelo país vizinho.
Realiza numerosas viagens aos Estados Unidos, à Europa, à Ásia e à África, fazendo conferências, em diferentes países, sobre Literatura, Educação e Folclore, em cujos estudos se especializou.
Torna-se sócia honorária do Instituto Vasco da Gama, em Goa, Índia, em 1953.
Em Délhi, Índia, no ano de 1953, é agraciada com o título de Doutora Honoris Causa da Universidade de Délhi.
Recebe o Prêmio de Tradução/Teatro, concedido pela Associação Paulista de Críticos de Arte, em 1962.
No ano seguinte, ganha o Prêmio Jabuti de Tradução de Obra Literária, pelo livro "Poemas de Israel", concedido pela Câmara Brasileira do Livro.
Seu nome é dado à Escola Municipal de Primeiro Grau, no bairro de Cangaíba, São Paulo (SP), em 1963.
Falece no Rio de Janeiro a 9 de novembro de 1964, sendo-lhe prestadas grandes homenagens públicas. Seu corpo é velado no Ministério da Educação e Cultura. Recebe, ainda em 1964, o Prêmio Jabuti de Poesia, pelo livro "Solombra", concedido pela Câmara Brasileira do Livro.
Ainda em 1964, é inaugurada a Biblioteca Cecília Meireles em Valparaiso, Chile.
Em 1965, é agraciada com o Prêmio Machado de Assis, pelo conjunto de sua obra, concedido pela Academia Brasileira de Letras. O Governo do então Estado da Guanabara denomina Sala Cecília Meireles o grande salão de concertos e conferências do Largo da Lapa, na cidade do Rio de Janeiro. Em São Paulo (SP), torna-se nome de rua no Jardim Japão.
Em 1974, seu nome é dado a uma Escola Municipal de Educação Infantil, no Jardim Nove de Julho, bairro de São Mateus, em São Paulo (SP).
Uma cédula de cem cruzados novos, com a efígie de Cecília Meireles, é lançada pelo Banco Central do Brasil, no Rio de Janeiro (RJ), em 1989.
Em 1991, o nome da escritora é dado à Biblioteca Infanto-Juvenil no bairro Alto da Lapa, em São Paulo (SP).
O governo federal, por decreto, instituiu o ano de 2001 como "O Ano da Literatura Brasileira", em comemoração ao sesquicentenário de nascimento do escritor Silvio Romero e ao centenário de nascimento de Cecília Meireles, Murilo Mendes e José Lins do Rego.
Há uma rua com o seu nome em São Domingos de Benfica, uma freguesia da cidade de Lisboa. Na cidade de Ponta Delgada, capital do arquipélago dos Açores, há uma avenida com o nome da escritora, que era neta de açorianos.
Traduziu peças teatrais de Federico Garcia Lorca, Rabindranath Tagore, Rainer Rilke e Virginia Wolf.
Sua poesia, traduzida para o espanhol, francês, italiano, inglês, alemão, húngaro, hindu e urdu, e musicada por Alceu Bocchino, Luis Cosme, Letícia Figueiredo, Ênio Freitas, Camargo Guarnieri, Francisco Mingnone, Lamartine Babo, Bacharat, Norman Frazer, Ernest Widma e Fagner, foi assim julgada pelo crítico Paulo Rónai:
"Considero o lirismo de Cecília Meireles o mais elevado da moderna poesia de língua portuguesa. Nenhum outro poeta iguala o seu desprendimento, a sua fluidez, o seu poder transfigurador, a sua simplicidade e seu preciosismo, porque Cecília, só ela, se acerca da nossa poesia primitiva e do nosso lirismo espontâneo...A poesia de Cecília Meireles é uma das mais puras, belas e válidas manifestações da literatura contemporânea.
