Nació el 31 de julio de 1944 en Santa Monica, California (Estados Unidos). Es la hija mayor de Charles Chaplin y de Oona O’Neill, hija del dramaturgo Eugene O’Neill.

Después de residir en los Estados Unidos la primera parte de su niñez, Geraldine se trasladó con su familia a Suiza, en donde cursó sus estudios primarios. Más tarde estudió danza en el Royal Ballet de Londres.

Su debut sin acreditar en el cine se produjo en “Candilejas” (1952), una película dirigida y protagonizada por su padre. Logró relevancia en la gran pantalla a mediados de los años 60 cuando interpretó a Tonya en la versión del “Doctor Zhivago” (1965), novela de Boris Pasternak, que dirigió David Lean.

En los años 60 mantuvo una relación sentimental con el director español Carlos Saura, con quien tuvo a su hijo Shane y con quien colaboró profesionalmente en un buen número de películas durante las décadas de los 60 y 70.  La primera fue “Peppermint Frappé” (1967), un drama co-protagonizado por José Luis López Vázquez. Más tarde intervino en “Stress-Es Tres-Tres” (1968), “La Madriguera” (1969), “El Jardín De Las Delicias” (1970), “Ana y Los Lobos” (1973), “Cría Cuervos” (1976), “Elisa, Vida Mía” (1977), “Los Ojos Vendados” (1978) y “Mamá Cumple Cien Años” (1979).

Después de romper con Saura, Geraldine comenzó una relación con el chileno Patricio Castillo, con quien tuvo a su hija Oona. Aunque formaron pareja en la década de los 80, no se casaron hasta el año 2006.

En la prolífica carrera de Geraldine Chaplin se encuentran películas rodadas por Richard Lester, como “Los Tres Mosqueteros” (1973), adaptación de Alejandro Dumas en donde interpretaba a la reina Ana; Robert Altman, como “Buffalo Bill” (1976) o “Un Día De Boda” (1978); Alain Resnais, con “La Vida Es Una Novela” (1983); o Martin Scorsese, quien le dirigió en “La Edad De La Inocencia” (1993).

En la biografía de su padre, “Chaplin” (1992), película con dirección de Richard Attenborough, interpretó a su abuela Hannah.

Geraldine ganó el premio Goya como mejor actriz de reparto por “En La Ciudad Sin Límites” (2002), según señala alohacriticon. Repitió candidatura en la misma categoría por su trabajo en el thriller “El Orfanato” (2007).

En televisión ha intervenido en diversos telefilms, entre ellos “Los Viajes De Gulliver”, “La Odisea” y “María, Madre de Jesús”.