Az első nő és az első svéd író, aki Nobel díjat kapott (1909), a Svéd Tudományos Akadémia első női tagja (1914), műveit több mint negyven nyelvre lefordították.

A Svédország nyugati részén található Mårbacka birtokon született, a hat gyermek közül ötödikként. Az előkelő családból származó lány már gyerekkorában verseket írt, és érdeklődve hallgatta nagymamájától a skandináv mítoszokat, sagákat. Nagyon megviselte, amikor a családi birtok apja alkoholizmusa miatt eladásra került. Ezután Selma egy lányiskolában tanított, ezen évek alatt kezdte írni első regényét.   

A Gösta Berling 1891-ben jelent meg és - miután Elizabeth Grundvig társaival dánra fordította (1893) és pozitív kritikákat kapott - hatalmas sikert aratott. 1895-ben a Svéd Akadémia és a királyi család anyagi támogatása birtokában Lagerlöf otthagyta a tanítást, és minden idejét az írásnak szentelte.  

1894-ben ismerkedett meg a szintén író Sophie Elkannal, akivel összebarátkoztak, és több utazást tettek Olaszországba és a Közel-Keletre. Következő regényeiben sokat merített az itt szerzett élményekből.

1902-ben a Tanárok Nemzeti Szövetsége földrajz tankönyv megírására kérte fel. A megbízást regényes formában teljesítette, így született a Nils Holgerson csodálatos utazása című mű, amiért a szerző „magasrendű idealizmusa, élénk képzelete és szellemi érzékenysége elismeréséül” 1909-ben Nobel-díjat kapott. Első dolga volt a kapott pénzből visszavásárolni és helyreállítani a családi birtokot, ahol élete hátralevő részében élt. 

Befolyásos szereplő volt az életében Valborg Olander szüfrazsett. Lagerlöf is meggyőződéses feminista volt, a Signe Bergman vezette Landsföreningen för kvinnans politiska rösträtt (LKPR, Egyesület a nők szavazati jogáért) nagy társadalmi megbecsültsége miatt örömmel fogadta tagjai közé. 1911-ben az IWSA (Nemzetközi Női Választójogi Szövetség) Stockholmban tartotta világkongresszusát, ahol Lagerlöf mondott megnyitó beszédet. 1919 májusában a svéd nők választójogukat ünnepelhették, ekkor is felszólalt.  

Szintén társadalmi indítékkal íródott A halál kocsisa c. regénye is (Körklaren, angol fordításban Thy Soul Shall Bear Witness!): egy jótékonysági szervezet kérte, hogy írjon ismeretterjesztő anyagot a tuberkulózisról, annak megelőzéséről. A narrációba ügyesen beépítette a fertőzés terjedésével és megállításával kapcsolatos információkat, emellett beszélt az alkoholizmusról és a családon belüli erőszakról is. E könyvének több filmadaptációja született, az első 1921-ben. 

A huszas években adta ki a történelmi Gyűrű-trilógiát. 1930 után többkötetes memoárját írta. 1940-ben az ő közbenjárására kapott a nácik által üldözött Nelly Sachs német író és családja menedéket Svédországban. 

Néhány műve: 

• Gösta Berling (1891)
• Az Antikrisztus csodái (1897), 
• Jeruzsálem (1901), 
• Arne úr kincse (1903), 
• Nils Holgerson csodálatos utazása (1906-7)
• A halál kocsisa (1912)
• A tábornagy gyűrűje (1928, a Gyűrű-trilógia része)

Magyarra többek közt Altay Margit fordította a munkáit.