Hija de una familia gallega noble y muy pudiente de España, Emilia recibió una excelente educación fomentando su amor por la literatura.

En 1868, tras contraer matrimonio con José Quiroga Pérez Deza, se estableció en Madrid. Y en 1872 la familia se marchó a Francia. Viajaron por Inglaterra, Italia y Alemania, donde Emilia aprendió inglés y alemán. Durante este viaje publicó crónicas en el diario El Imparcial —recogidas después en uno de sus libros de viajes, Por la Europa católica (1901)—. Como escritora se dio a conocer con un Estudio crítico de las obras del padre Feijoo (1876), con el que ganó un premio. Ese mismo año nació su primer hijo, a quien le dedicará un libro de poemas titulado Jaime, y en 1879, coincidiendo también con el nacimiento de su primera hija, Blanca, publicó su primera novela, Pascual López, con la que obtuvo un éxito de público. Esto la empujó a seguir escribiendo y en 1881 publicó Un viaje de novios, una obra curiosamente híbrida, en la que elementos puramente realistas se mezclan con otros propios de la novela de tesis —en este caso, la imprudencia de un matrimonio de conveniencia— y con profusas descripciones de paisajes y personajes, que toma de Balzac y Daudet, y que ya anuncian su próximo interés en el Naturalismo.

En 1882 comenzó, en la revista La Época, la publicación de una serie de artículos sobre Émile Zola y la novela experimental, reunidos posteriormente en el volumen La cuestión palpitante (1883), que la acreditaron como uno de los principales impulsores del naturalismo en España. El revuelo que provoca es extraordinario y se ataca la obra como manifiesto en favor de la pornografía francesa y la literatura atea, con más gravedad puesto que la autora es una mujer, esposa y madre. Su marido, horrorizado por la situación, le exigió que cesara de escribir y que se retractase públicamente de sus escritos; no lo hizo, sino que decidió separarse de él un año más tarde, en 1884. En ese año publicó La dama joven, que trata precisamente sobre crisis matrimoniales. Benito Pérez Galdós, por entonces cercano también al Naturalismo, inicia una relación amorosa con ella que durará más de veinte años. En cuanto al Naturalismo practicado por Pardo Bazán, como el de Galdós, frente a los principios ideológicos y literarios de Zola, acentuaba la conexión de la escuela francesa con la tradición realista española y europea. El método naturalista culmina en Los pazos de Ulloa (1886-1887), su obra maestra.

Su intervención en el periodismo político la lleva a luchar incansablemente por la emancipación social e intelectual de la mujer. Publica ensayos como La revolución y la novela en Rusia (1887) o La mujer española (1890) y sus conferencias en instituciones de renombre tienen tanto éxito que es invitada a repetirlas. Además escribió más de ciento setenta cuentos y relatos, recogidos en varios libros.

En 1892 fundó y comenzó a dirigir la publicación La Biblioteca de la mujer. Asistió a congresos como el Congreso Pedagógico, en donde denuncia la desigualdad educativa entre el hombre y la mujer. Prueba de ello fue el rechazo de la Real Academia de la Lengua a que ingresara en la institución (en los años 1889, 1892 y 1912), por más que en 1906 llegó a ser la primera mujer en presidir la Sección de literatura del Ateneo de Madrid.