हेमामालिनी का जन्म तमिलियन परिवार में 16 अक्टूबर 1948 को अम्मनकुडी तमिलनाडु में हुआ था। उनके पिता का नाम वीएसआर चक्रवर्ती है। उनकी माँ का नाम जया चक्रवर्ती है जोकि एक फिल्म निर्माता थीं।
हेमा-मालिनी को अपने शुरूआती करियर में कई बार रिजेक्शन का सामना करना पड़ा था, यहाँ तक की एक बार तमिल निर्देशक ने उन्हें अपनी फिल्म मे यह कहकर लेने से मना कर दिया था कि उनमे एक स्टार अपील नहीं है। हेमा मालिनी ने हिंदी सिनेमा में कई सालों तक बेहद संघर्ष किया। साल 1968 में उन्होंने राजकपूर निर्देशित फिल्म सपनों के सौदागर में अभिनय किया। फिल्म तो बॉक्स-ऑफिस पर असफल साबित हुई लेकिन अभिनेत्री के रूप में हेमा मालिनी को दर्शकों ने खूब पसंद किया।
हेमा मालिनी की जोड़ी धर्मेन्द्र के साथ खूब जमी। यह फिल्मी जोड़ी सबसे पहले फिल्म (सराफत) से चर्चा में आई। वर्ष 1975 में प्रदर्शित फिल्म (शोले) में धर्मेन्द्र ने वीरु और हेमामालिनी ने बसंती की भूमिका में दर्शकों का भरपूर मनोंरजन किया। हेमा और धमेन्द्र की यह जोड़ी इतनी अधिक पसंद की गई कि धर्मेन्द्र की रील लाइफ की (ड्रीम गर्ल) हेमामालिनी उनके रीयल लाइफ की ड्रीम गर्ल बन गईं। बाद में इस जोड़ी ने चरस, आसपास, प्रतिज्ञा, रजिया सुल्तान, अली बाबा और चालीस चोर, बगावत, आतंक, द बर्निंग ट्रेन, और दोस्त आदि फिल्मों में एक साथ काम किया।
हेमा-मालिनी की शादी बॉलीवुड के अभिनेता धर्मेन्द्र से हुई हैं। उनकी दो बेटियां हैं। ईशा देओल और अहाना देओल। उनकी दोनों ही बेटियों की शादी हो चुकी हैं। सन्नी देओल और बॉबी देओल उनके दो सौतेले बेटे हैं। दोनों हैं फिल्म अभिनेता हैं।
हेमा अपने फिल्मी करियर में अब तक कई पुरस्कारों से नवाजी जा चुकी हैं। हेमा को सन 2000 में भारत सरकार द्वारा पद्मश्री से सम्मानित किया जा चुका है। इसके अलावा हेमा मालिनी फिल्म फेयर के लाइफ टाइम अचीवमेंट अवार्ड से भी नवाजी जा चुकी हैं।