Lāgerlēva dzimusi Dienvidzviedrijas provincē Vermlandē, 1888. gadā pārcēlusies uz Stokholmu, lai apgūtu skolotājas profesiju. Pēc tam, sākot ar 1895. gadu, gandrīz desmit gadus strādājusi par skolotāju Landskrūnā. Šajā laikā publicēts viņas pirmais darbs — "Gēsta Berlings". 1909. gadā viņai tika piešķirta Nobela prēmija literatūrā, savukārt 1914. gadā viņa kļuva par pirmo sievieti — Zviedrijas Akadēmijas, Nobela prēmijas piešķīrējas institūcijas, locekli.
1939. gadā, sākoties Ziemas karam starp PSRS un Somiju, Lāgerlēva nosūtīja savu Nobela prēmijas medaļu Somijas valdībai, lai palīdzētu tai iegūt līdzekļus cīņai pret PSRS iebrukumu, taču Somijas valdība, aizkustināta par šādu rīcību, aizsūtīja medaļu atpakaļ Lāgerlēvai.