Nata nel 1927 a Palazzolo dello Stella, in provincia di Udine, figlia di Aldo Aulenti, di origini pugliesi e Virginia Gioia, napoletana di origini calabresi. Suo padre era nato ad Acri, in Calabria, figlio di Giuseppe Aulenti, nato a Canneto di Bari nel 1865. Si laureò in architettura al Politecnico di Milano nel 1953, dove conseguì l'abilitazione alla professione. Gae Aulenti si forma come architetto nella Milano degli anni cinquanta, dove l'architettura italiana è impegnata in quella ricerca storico culturale di recupero dei valori architettonici del passato e dell'ambiente costruito esistente che confluirà nel movimento Neoliberty. La Aulenti fa parte di questo percorso, che si pone come reazione al razionalismo. Dal 1955 al 1965 fa parte della redazione di Casabella-Continuità sotto la direzione di Ernesto Nathan Rogers. Sul fronte universitario è assistente prima di Giuseppe Samonà (dal 1960 al 1962) presso la cattedra di Composizione Architettonica all'Istituto Universitario di Architettura di Venezia, e poco dopo (dal 1964 al 1969) dello stesso Ernesto Nathan Rogers presso la cattedra di Composizione Architettonica al Politecnico di Milano. In quel periodo conosce casualmente il giovane Renzo Piano, impegnato ad effettuare una ricerca per la cattedra di Rogers. Del 1965 è la sua celebre lampada da tavolo Pipistrello, disegnata come site specific per lo showroom di Olivetti che realizza contestualmente a Parigi. Poco dopo, per la stessa Olivetti disegnerà lo showroom di Buenos Aires. La collaborazione con la nota azienda produttrice di macchine per scrivere le dà una certa notorietà, tanto che poco dopo Gianni Agnelli la chiamerà per affidarle la ristrutturazione del suo appartamento milanese in zona Brera. Tra i due nasce una amicizia che durerà per tutta la vita e per gli Agnelli Gae Aulenti concepirà numerosi progetti. Nel 1972 partecipa alla nota esposizione Italian: the new Domestic Landscape organizzata da Emilio Ambasz al MoMa insieme a numerosi altri designer e architetti emergenti, tra cui Marco Zanuso e Richard Sapper, Joe Colombo, Ettore Sottsass, Gaetano Pesce, Archizoom, Superstudio, Gruppo Strum e 9999. Di se stessa usava dire di vedere la sua architettura in stretta relazione e in interconnessione con l'ambiente urbano esistente, che diviene quasi la sua forma generatrice, cercando, con questo, di trasferire nel suo spazio architettonico la molteplicità e l'intensità degli elementi, che vanno a definire l'universo urbano. Dal 1974 al 1979 è membro del Comitato direttivo della rivista Lotus International, poi fa esperienze artistiche e dal 1976 al 1978 collabora con Luca Ronconi a Prato al Laboratorio di Progettazione Teatrale. Nel 1979, le viene affidata la direzione artistica della Fontana Arte, con cui aveva già collaborato in passato. Vengono prodotte lampade e oggetti d'arredo ancora oggi a catalogo. Tra i collaboratori di maggior rilievo compaiono Piero Castiglioni, Pierluigi Cerri, Daniela Puppa e Franco Raggi. Ha una lunga relazione con Carlo Ripa di Meana, da cui si allontanerà per la sua vicinanza a quello che definirà "craxismo deleterio". Nel 1984 viene nominata corrispondente dell'Accademia Nazionale di San Luca a Roma, mentre dal 1995 al 1996 è presidente dell'Accademia di Belle Arti di Brera. Nel 2005 ha costituito, con Marco Buffoni, Francesca Fenaroli e Vittoria Massa, la Gae Aulenti Architetti Associati . Muore il 31 ottobre 2012 a Milano all'età di 84 anni. Prima della sua scomparsa, il 16 ottobre venne insignita del premio alla carriera consegnatole dalla Triennale. In una nota ufficiale, il Presidente della Repubblica Napolitano esprime il cordoglio per la scomparsa dell'Aulenti, ricordandola come: « protagonista di primo piano della storia dell'architettura contemporanea, altamente apprezzata in tutto il mondo per il suo talento creativo e, in particolare, per la straordinaria capacità di recuperare i valori culturali del patrimonio storico e dell'ambiente urbano » Il 7 dicembre 2012 viene inaugurata ed intitolata a suo nome la nuova grande piazza circolare situata al centro del complesso della Unicredit Tower di Milano.