1914年，出生于出生于湖南长沙，祖籍湖南浏阳。

1926年，考入湖南省立第一女子师范学校。同年夏，父亲被黄蜂螫咬，化脓后病逝。父亲病逝后，王人美随哥哥、姐姐来到武汉，哥哥、姐姐都在汪精卫的武汉国民政府机关任职。

1927年，王人美及三哥王人艺跟随二哥王人路来到上海，入黎锦晖创办的上海美美女校学习歌舞。

1928年，加入中华歌舞团。同年，黎锦晖率中华歌舞团乘船自上海出发，在十个月时间内，先后到新加坡、吉隆坡、槟榔屿、曼谷、马六甲、雅加达、苏门答腊等城市演出。

1929年，中华歌舞团解散，王人美回到上海，入南洋招商附属英文专科学校学习英语一年。不久，黎锦晖组织明月歌舞团赴北平、天津演出，随后又赴中国东北。王人美、黎莉莉、薛玲仙、胡笳被称为明月歌舞团的“四大天王”。

1931年，加入联华影业公司当电影演员。

1932年，明月歌舞剧社改组为联华歌舞班。同年，王人美在孙瑜编导的电影《野玫瑰》中担任主角，一举成名。

1934年，在蔡楚生导演的电影《渔光曲》中，王人美出演“小猫”一角获得极大成功，奠定其在电影界的地位，并且在苏联第一届国际电影节上获荣誉奖。

1935年，王人美入电通影片公司。此后，她出演了《风云儿女》、《壮志凌云》等影片。

1937年抗日战争爆发后，王人美拒绝为日本拍片，参加抗日活动，参加演出了以“七七事变”为主题的大型话剧《保卫卢沟桥》。抗日战争胜利后，王人美回到上海。为了防止中国国民党当局对左翼艺术家的迫害，在中共上海地下党的关心下，王人美等电影及话剧界知名人士避居香港。

1949年12月，王人美随港澳电影界观光团回广州参观，受到广州市市长叶剑英、司令员陈赓设宴款待。

1950年，从香港返回内地，在北京电影制片厂相继拍摄《两家春》、《青春之歌》等影片。1952年，被诬蔑为曾是军统特务头子戴笠的情妇，受到极大刺激，患精神分裂症，被送入疯人院。病情康复后，被调入北京电影制片厂工作，先后出演《花儿朵朵》、《青春之歌》等电影，并导演过话剧《日出》、《家》等。

1956年，参加文化部青岛哲学学习班。同年，受到毛泽东接见。

1957年，反右运动中再次受到冲击病情复发，被丈夫叶浅予送入北京医学院的精神病医院治疗。文革爆发后又惨遭批斗，下放到干校劳动。

1979年，获得平反，并加入中国共产党。王人美当选为第五、六届全国政协委员、中国电影家协会名誉理事。

1980年，王人美中风，瘫痪在床。

1986年12月，再次中风，成为植物人。

1987年，在北京逝世。