A dániai Rungstedlundban született gazdag, ősnemesi földbirtokos család lánygyermekeként. Iskolába nem járt, otthon taníttatták – magántanulóként magas kulturális és nyelvi oktatásban részesült. Már kislányként is szórakoztatta magát és családtagjait különféle mesék, rövid színdarabok írásával. Huszonnégy éves korában vezető irodalmi publikálták rövid elbeszéléseit.
Másod-unokatestvére, Bror von Blixen-Finecke 1912-ben eljegyezte őt. A házasságkötés 1914 januárjában, Brit Kelet-Afrika kikötővárosában, Mombaszában történt. Karen Christenze Dinesen ekkor vette fel hivatalosan férje nevét.
Számos körülmény beárnyékolta az Afrikában töltött éveket, mégis a bárónő ott volt a legboldogabb. Harminchárom évesen megismerkedett az arisztokrata Denys Finch-Hattonnal, aki szafari-vezetőként dolgozott Kelet-Afrikában. Ő ismertette meg a táj igazi, nyers szépségével Blixent. Románcuknak a férfi tragikus repülőgép-balesete vetett véget.
Blixen tizenhét év után tért vissza Dániába, majd részint a gyászmunka folyamataként, részint az afrikai élmények hatására nekifogott önéletrajzi regényének megírásához, amely 1937-ben jelent meg Volt egy farmom Afrikában címmel. Blixen életében kétszer volt Nobel-díj várományos. Hemingway, amikor átvette a saját díját 1954-ben, azzal a megjegyzéssel élt, hogy ő inkább Karen Blixennek ítélte volna oda. A szerzőnő 1962-ben hunyt el alultápláltságban.
