Úrsula Corberó Delgado est la fille de Pedro Corberó, menuisier et d'Esther Delgado, commerçante. Elle parle couramment l'espagnol et le catalan. Elle a révélé être née prématurée et, de ce fait, avoir un retard osseux.

Dès son plus jeune âge, elle sait qu'elle sera artiste et suit des cours d'interprétation, de chant et de danse (jazz et flamenco). À onze ans, elle pose pour le catalogue espagnol de Lacoste Kids. Elle apparaît pour la première fois sur le petit écran en 2002, dans la série catalane Mirall trencat, diffusée sur TV3. De 2005 à 2006, elle joue dans la série Ventdelplá, dans laquelle elle interprète le personnage de Sara. Elle apparaît ensuite dans des séries nationales comme El Internado (dans le rôle de Manuela Portillo) et obtient également des rôles secondaires, comme dans Compte à rebours, en 2007.

Elle étudie à l'Escola Pia de Barcelone avec l'acteur Álvaro Cervantes et obtient un baccalauréat artistique, avant de commencer le tournage de Physique ou Chimie.

Révélée au grand public en 2008 grâce à son rôle de Ruth Gómez dans la série adolescente Physique ou Chimie, elle s'impose rapidement comme une figure importante de la télévision et du cinéma espagnol. Elle fait ses débuts au cinéma en 2011 dans le film d'horreur Paranormal Xperience 3D. Par la suite, elle est à l'affiche de comédies comme ¿Quién Mató a Bambi? , Perdiendo el Norte  et Cómo sobrevivir a una despedida .

En 2017, elle connaît le succès international grâce à son rôle de Silene Oliveira / « Tokyo » dans la série thriller La casa de papel, qui lui vaut plusieurs nominations — notamment aux Prix Feroz — et marque le début de sa carrière hollywoodienne. En 2021, elle est à l'affiche du film de super-héros américain Snake Eyes.

En 2010, à la suite d'un problème technique survenu lors d'un épisode de Physique ou Chimie, l'actrice devient un mème malgré elle avec la phrase « me quemaría por dentro » qui tourne en boucle pendant plus de cinq minutes. Corberó reproduit cette scène en 2019 dans la série Paquita Salas.

À la suite du succès de La Casa de Papel, Corberó devient la personnalité espagnole la plus suivie sur le réseau social Instagram avec plus de cinq millions de followers en mai 2018. En avril 2020, elle est dépassée par l'actrice de la série Élite, Ester Expósito. Elle comptabilise actuellement plus de vingt millions d'abonnés.

Úrsula Corberó est considérée comme une « icône de mode » et est réputée pour ses nombreux changements capillaires.

En 2011, elle ouvre sa boutique baptisée Ursulolita (son surnom) mais, faute de rentabilité, elle est contrainte de la fermer à la fin de l'année 2016. En 2014, elle est l'autrice des blogs Úrsulolita's Way've et El Blog de Úrsula sur les sites de Madame Figaro et Glamour.

En 2015, elle se hisse à la deuxième place du classement Glamour des « dix actrices espagnoles les plus sexy », juste après Penélope Cruz.

Elle a fait la une de nombreux magazines de mode tels que InStyle, GQ, Harper's Bazaar et a également posé à maintes reprises pour le Vogue espagnol.

Elle est la muse de la créatrice catalane Teresa Helbig qui l'a habillé lors des Prix Goya en 2015, 2016 et 2018. Lors de la cérémonie de 2016, Corberó crée le buzz avec l'ouverture latérale de sa robe qui montrait sa jambe.

Elle a été l'ambassadrice de plusieurs marques dont Tampax, Stradivarius, Maybelline, Calzedonia, Springfield, Wolfnoir et Multiópticas. En 2019, elle devient le nouveau visage de la marque chilienne Falabella.

Depuis 2018, Corberó est l'égérie mondiale de la collection Fiorever de Bulgari. En juin 2020, elle pose pour le créateur français Simon Porte Jacquemus en participant à la campagne #JacquemusAtHome. En juillet 2021, elle devient l'égérie de la marque de cosmétiques japonaise Shiseido. En septembre 2023, elle devient l'égérie du parfum 'Botanical Rainbow' de la marque de prêt-à-porter espagnole Loewe, aux côtés des acteurs Greta Lee et Stéphane Bak.

L'actrice a souvent été victime de critiques sur son physique et son poids, certains lui reprochant d'être « trop maigre » et même d'être anorexique. Elle a toujours nié et se décrit comme une très bonne mangeuse.

En 2016, elle se confie sur ses années Physique ou Chimie et déclare : « Ce fut quatre années d'une intense éclosion hormonale: dix beaux jeunes gens, qui ont un travail, de l'argent et la célébrité. Imaginez. En fin de semaine, on louait une maison à Ségovie […], tout le monde couchait avec tout le monde et ça ne gênait personne. Il y avait beaucoup d'empathie. » Ses propos, amplifiés et déformés, font polémique et sont relayés dans les médias sous le titre « Les orgies d'Úrsula Corberó ». Les actrices Angy Fernández et Andrea Duro s'offusquent et nient tandis que Javier Calvo, Ana Milán et Maxi Iglesias soutiennent l'actrice. Lors de la promotion de la série La Embajada, Corberó est revenue sur ses propos: « Le matin, il y avait des déclarations et en soirée, c'était comme le téléphone arabe. Ce sont des propos qui ne sont pas sortis de ma bouche. Et ils ne sortiront jamais, car ce n'est pas vrai. »

Lors d'une interview accordée au magazine ICON El País en septembre 2016, l'actrice a déclaré avoir été attristé par cette polémique : « Cela m'a fait de la peine car si ces déclarations avaient été faites par un homme, ça n'aurait pas pris ces proportions. Ce sont les femmes qui m'ont le plus critiqué. Et ça m'a fait du mal. Finalement, ce sont les femmes les plus machistes. C'est impressionnant. Au lieu de se dire, “nous sommes des âmes libres, chacun est libre de faire ce qu'il veut de sa vie et de sa sexualité”, dès qu'on prononce le mot “baiser” c'est… incroyable. Si seulement les gens faisaient plus l'amour. Et, en plus, ce sont les femmes qui ont démenti. Les mecs de Physique ou Chimie n'ont jamais dit “ce n'est pas vrai”. Mais les femmes ont eu peur qu'on puisse penser qu'elles font l'amour. »

Úrsula Corberó est féministe. En 2018, elle participe à la campagne #AbortoLegalYa en faveur de la légalisation de l'avortement en Argentine.

L'actrice a participé à plusieurs campagnes de sensibilisation du cancer du sein, aux côtés des actrices Blanca Suárez et Clara Lago. Elle s'est également engagée dans la recherche pour le cancer infantile avec la Fondation Atresmedia et lors de la campagne #YoRedondeo.

Aux côtés de plus de 70 autres artistes (réalisateurs, acteurs, écrivains, producteurs…), elle fonde la société Ymás qui a pour but de permettre aux cinéphiles d'assister aux avant-premières, aux coulisses et bien plus encore.

En 2018, elle fait partie du jury de la 4^e édition du We Art Water Film Festival, un festival international de courts-métrages ayant pour but de sensibiliser la population aux problèmes liés à l'eau dans le monde.

En 2020, elle participe à la campagne #DarleLaVueltaAlSistema de Greenpeace aux côtés de la primatologue britannique Jane Goodall et des personnalités espagnoles telles que Jon Kortajarena et Elena Anaya.

En juillet 2023, elle devient ambassadrice de l'ONG britannique Save the Children qui défend les droits de l'enfant à travers le monde.

De 2009 à 2011, Corberó est en couple avec l'acteur espagnol Israel Rodriguez, rencontré sur le tournage de la série télévisée Physique ou Chimie. Entre 2011 et 2012, elle entretient une relation avec le joueur de tennis espagnol Feliciano López. De 2013 à 2015, elle partage la vie du mannequin et acteur espagnol Andrés Velencoso. Le couple se sépare en raison d'une infidélité du mannequin.

Depuis 2016, elle est en couple avec l'acteur argentin Chino Darin, rencontré sur le tournage de la série télévisée La Embajada.

Corberó est proche des chanteuses argentines Lali Espósito et Nathy Peluso. Elle est également amie avec Madonna. En novembre 2023, la chanteuse l'invite sur la scène du Palau Sant Jordi, à Barcelone, dans le cadre de sa tournée The Celebration Tour.