1920年，周璇出生于常州一户姓苏的人家，她的原名是苏璞，璞乃未琢之玉，取其天然、纯真之意。周璇家中有兄弟姐妹八人，她排行老二，故乳名为义官。1923年，周璇被抽大烟的舅舅顾仕佳偷偷拐骗到了金坛县的王家，并且改名为王小红。王家夫妇离异后，周璇又被送给了上海的一家周姓人家，并更名为周小红。
1928年，周家家境日益贫困，周璇的养母被迫去帮佣度日，而吸食鸦片的养父则要把周璇卖去妓院当妓女，幸亏养母及时搭救，才免去周璇一场更大的灾难。周璇自幼爱听人家唱歌，也常常跟着别人哼唱歌曲。在学校里，她的唱歌成绩也总是第一名。
出道初期
1931年，周璇加入了黎锦晖创办的明月歌舞团。1932年，她在歌舞剧《特别快车》中担任主演，舞而由她演唱的歌曲《特别快车》则被灌制成唱片在电台播放，周璇从此开始在歌坛崭露头角；同年，她还参演了救国进步歌剧《野玫瑰》，终场时她演唱了歌剧的主题曲《民族之光》，其中一句歌词“与敌人周旋于沙场之上”得到了众人的赞赏，于是黎锦晖提议她改名为周璇。
成名时期
1934年初，在严华的推荐下，周璇进入了新华歌剧社。在参加了新华歌剧社组织的多场演出后，周璇开始受到外界的关注，上海的“友联”、“新新”、“青鸟”等电台也常邀请她去播唱，百代和胜利唱片公司还把她演唱的《五月的风》、《叮咛》等多首歌曲灌制成了唱片。这几首歌曲通过电台的播放和唱片的销售，受到了大众的欢迎。同年，周璇在上海各电台联合举办的歌星比赛中名列第二，并由此获得了“金嗓子”的称号；此外她还与龚秋霞、白光、李香兰、姚莉、白虹、吴莺音并称上海七大歌星。
1935年，她演唱的上海民歌《龙华的桃花》被灌制成唱片，并且在电
台播放；5月，经哥哥周履安介绍，周璇受聘于上海艺华影业公司，并拍摄了她的第一部电影《风云儿女》，尽管周璇在这部影片中只扮演了一个普通的角色，但却给她步入影坛提供了一个契机；同年，她还出演了电影《美人恩》。
1936年，周璇进入艺华影业公司；1月，她在电影《花烛之夜》中出任第二女主角；6月，主演电影《化身姑娘》，这是她拍摄的唯一一部无声黑白故事片；9月，新华影业公司特邀她在电影《狂欢之夜》中扮演一位县长的千金；10月，在黑白喜剧故事片《喜临门》中担任女主角，片中她饰演的新娘被一个恶少劫持，在几经风险后终于脱离虎口；11月，周璇与关宏达共同主演黑白故事片《百宝图》，饰演一个强盗首领的女儿。
高产时期
1937年2月，主演黑白故事片《满园春色》，饰演一位因为爱情而引起种种误会的天真少女；之后她主演了中国第一部广告歌舞片《三星伴月》，当周璇扮演的电台歌星王秀文和情人分手时，她演唱了该片的插曲《何日君再来》，歌曲经电影放映和灌制唱片发行后被广泛传播；之后，她与赵丹共同主演反映社会底层小人物命运的电影《马路天使》，饰演在旧社会受尽侮辱和损害，但是对前途抱有美好理想的歌女小红，并且演唱了影片的两首插曲《天涯歌女》以及《四季歌》；《马路天使》上映后，受到广泛好评，该片不仅成为周璇的经典代表作，亦获得了第12届菲格拉达福兹国际电影节评委奖以及中国电影世纪奖优秀影片奖，而上海百代唱片公司也特约周璇将《四季歌》和《天涯歌女》灌制成唱片出版发行；之后周璇随严华远赴香港、菲律宾等地举行巡回演出；同年，她参加了话剧《保卫芦沟桥》的演出，之后随上海剧艺社赴菲律宾宣传抗日救亡。
1938年夏天，从东南亚巡回演唱归来的周璇参加了上海“爵士合唱团”，并且在上海各家电台间播音演唱；之后，签约上海国华影业公司。1939年初，周璇主演了国华公司投资拍摄的第一部古装戏《孟姜女》，并为电影演唱插曲《百花歌》；这部影片开创了中国古装歌唱故事片的先河，并且取得了不俗的票房成绩；6月，她又与舒适、凤凰共同主演了古装歌唱片《李三娘》，并演唱了影片的两首插曲《梦断关山》和《春风秋雨》；9月，担任黑白故事片《新地狱》的女主角；11月，她主演了黑白故事片《七重天》，并为该片演唱了《难民哥》、《送君》等四首插曲；同年推出唱片《孟姜女》。
1940年2月，她与舒适再度合作，主演了古装歌唱片《董小宛》，饰演
才貌双全的秦淮名妓董小宛，该片插曲《董小宛》和《飘渺歌》由周璇演唱；6月，主演爱情喜剧电影《三笑》，饰演外表美丽的秋香，并为影片演唱了《三笑》、《点秋香》等四首插曲；8月，与舒适合作主演根据古典小说《华丽缘》改变的电影《孟丽君》；9月，主演古装黑白故事片《苏三艳史》，并演唱了《灯花开》、《长相思》等四首插曲；12月，由周璇主演的黑白古装故事片《西厢记》放映，周璇在这部影片里饰演聪明伶俐的崔莺莺，并为该片演唱了《月圆花好》、《拷红》等5首插曲；之后主演歌舞片《天涯歌女》，扮演了一个为了求生，不得不卖唱的歌女；同年发行唱片《三笑》。
1941年4月，主演黑白古装故事片《梅妃》，饰演受到唐明皇贬斥的梅妃，并演唱了电影的插曲《梅妃曲》；7月，与韩非合作主演根据张恨水小说改编的黑白故事片《夜深沉》，片中她饰演的卖唱姑娘月容是一个悲剧人物；10月，与白云、尤光照共同主演宣传抗日的黑白故事片《解语花》，饰演一位敢于追求爱情的少女，周璇还在片中演唱了《解语花》、《乡村四月闲人少》等四首歌曲；之后主演爱情电影《恼人春色》，片中插曲《钟山春》仍由周璇演唱；同年《上海日报》电影专刊开展了一场“电影皇后”评选，经过各界人士的投票，周璇被推选为“电影皇后”；但周璇认为荣誉过高并不是好事，因此她在上海另外一家报纸上刊登了一则启事，婉拒了“电影皇后”的头衔。
1942年3月，周璇在黑白故事片《梦断关山》中扮演了一位大户人家的小姐，这是周璇为国华影业公司拍摄的最后一部电影，拍完这部电影以后，周璇便和国华公司中断了合约；由于1942年正值敌伪时期，因此周璇对外宣称退休，暂时退出演艺圈。1943年9月，在卜万苍的一再邀请下，周璇重返银幕；同年她加入中华电影联合股份有限公司，并主演了电影《渔家女》，片中周璇饰演的渔家女周琼珠在危难时受到美专学生崔时俊的救助，两人因此一见钟情，该片在大光明电影院连续放映时受到观众的欢迎，而由周璇演唱的影片插曲《渔家女》也在上海流行。
1944年，周璇主演的歌舞片《鸾凤和鸣》上映，她主唱了《红歌女》
、《讨厌的早晨》等7首电影插曲，其中的代表作《讨厌的早晨》显示了周璇另一种风格的演唱；6月，她与袁美云、王丹凤、欧阳莎菲共同主演古装电影《红楼梦》，周璇在影片里扮演多愁善感的林黛玉，影片的插曲《葬花词》和《悲秋》均由周璇演唱，该片在上海上映后不仅受到欢迎，还成为第一部被介绍到日本的中国电影。
1945年3月，主演黑白故事片《凤凰于飞》，饰演喜爱唱歌的吴淑贞，并演唱了《笑的赞美》、《慈母心》等11首插曲；5月，周璇在上海金都大戏院举行了三场独唱音乐会，演唱了被誉为“银海三部曲”的《渔家女》、《鸾凤和鸣》、《凤凰于飞》。
远赴香港
1946年冬天，周璇应香港大中华影业公司老板蒋伯英的邀请，搭乘飞机抵达香港。1947年1月，周璇首次在香港银幕上出现，她和舒适、白沉等合作主演了黑白故事片《长相思》，饰演歌女顾湘梅；并且演唱了《花样的年华》、《夜上海》等电影插曲，其中《夜上海》在推出后在华人社会广为流传，这首歌曲也成为周璇的代表作品之一；2月，在黑白故事片《各有千秋》中，周璇和龚秋霞联手演绎了两个挣扎在香港底层的女青年；在该片放映的同时，百代唱片公司还把周璇在片中演唱的插曲灌制成唱片；唱片在发行后不仅受到欢迎，还在销售榜上位居榜首；同年，她还主演了电影《忆江南》，片中周璇一人分饰善良质朴的农村姑娘谢黛娥以及娇惯泼辣的香港小姐黄玫瑰两个角色；之后她主演了喜剧黑白故事片《花外流莺》，并演唱了《高岗上》、《晚安曲》等插曲。
1948年，香港大中华影业公司为周璇量身定制了黑白故事片《歌女之歌》，周璇在片中饰演夜总会歌女朱兰，并为影片演唱了《爱神的箭》、《知音何处觅》等5首插曲；同年与舒适共同主演古装故事片《清宫秘史》，饰演命运多舛的珍妃，这部影片不仅是周璇的电影代表作之一，还为她在国际上赢得了注目。1949年，她主演了喜剧故事片《彩虹曲》，这部电影也是周璇拍摄的第一部彩色故事片。
返回上海
1950年，周璇从香港返回上海。1951年4月，周璇应大光明影业公司的邀请担任了电影《和平鸽》的女主角，但是影片拍摄期间她因突发精神病而被送入上海虹桥疗养院。1957年7月，她因为急性的脑部感染而入院治疗；9月22日，周璇因脑炎在上海去世。