Marcelle Germaine Taillefesse urodziła się w Saint-Maur-des-Fossés, Val-de-Marne we Francji, ale jako młoda kobieta zmieniła nazwisko z "Taillefesse" na "Tailleferre" na przekór ojcu, który odmówił wsparcia jej studiów muzycznych. Uczyła się gry na fortepianie z matką w domu, komponując własne krótkie utwory, po czym rozpoczęła studia w Konserwatorium Paryskim, gdzie poznała Louisa Dureya, Francisa Poulenca, Dariusa Milhauda, Georgesa Aurica i Arthura Honeggera. W Konserwatorium Paryskim jej umiejętności zostały nagrodzone nagrodami w kilku kategoriach. W szczególności, Tailleferre napisała 18 krótkich utworów w Petit livre de harpe de Madame Tardieu dla Caroline Luigini, asystentki profesora harfy w Konserwatorium.
Wraz z nowymi przyjaciółmi, wkrótce związała się z artystycznym tłumem w paryskich dzielnicach Montmartre i Montparnasse, w tym z rzeźbiarzem Emmanuelem Centore, który później poślubił jej siostrę Jeanne. To właśnie w atelier jednego z jej przyjaciół malarzy na Montparnasse zrodził się pomysł na Les Six. Publikacja manifestu Jeana Cocteau Le coq et l'Arlequin zaowocowała artykułami medialnymi Henri Colleta, które doprowadziły do natychmiastowej sławy grupy, której Tailleferre była jedyną członkinią.
W 1923 roku Tailleferre zaczęła spędzać dużo czasu z Maurice'em Ravelem w jego domu w Montfort-l'Amaury. Ravel zachęcił ją do wzięcia udziału w konkursie Prix de Rome. W 1926 roku poślubiła Ralpha Bartona, amerykańskiego karykaturzystę i przeprowadziła się na Manhattan w Nowym Jorku. Barton, podobnie jak ojciec Tailleferre, nie wspierał jej muzycznych poszukiwań. W swoich wspomnieniach Tailleferre wspomniała, że przez 2,5 roku ich małżeństwa prawie nie komponowała. Pozostała w Stanach Zjednoczonych do 1927 roku, kiedy to wraz z mężem wróciła do Francji. Wkrótce potem rozwiedli się.
Tailleferre napisała wiele ze swoich najważniejszych dzieł w latach dwudziestych, w tym Pierwszy koncert fortepianowy, Concertino na harfę, balety Le marchand d'oiseaux (najczęściej wykonywany balet w repertuarze Ballets suédois w latach dwudziestych), La nouvelle Cythère, który został zamówiony przez Siergieja Diagilewa na niefortunny sezon 1929 słynnych Ballets Russes, oraz Sous les ramparts d'Athènes we współpracy z Paulem Claudelem, a także kilka pionierskich partytur filmowych, w tym B'anda, w której wykorzystała tematy afrykańskie.
W 1931 roku urodziła swoje jedyne dziecko, córkę Françoise Lageat, z prawnikiem Jeanem Lageatem. Para pobrała się rok później i rozwiodła w 1955 roku po latach separacji.
Lata 30. były jeszcze bardziej owocne, z Koncertem na dwa fortepiany, chór, saksofony i orkiestrę, Koncertem skrzypcowym, cyklem operowym Du style galant au style méchant, operami Zoulaïna i Le marin de Bolivar oraz jej arcydziełem La cantate de Narcisse, we współpracy z Paulem Valéry. Jej praca w muzyce filmowej obejmowała Le petit chose Maurice'a Cloche'a i serię filmów dokumentalnych.
W momencie wybuchu II wojny światowej została zmuszona do pozostawienia większości swoich partytur w swoim domu w Grasse, z wyjątkiem niedawno ukończonych Trzech etiud na fortepian i orkiestrę. Uciekając przez Hiszpanię do Portugalii, znalazła przeprawę na statku, który zabrał ją do Stanów Zjednoczonych, gdzie przeżyła lata wojny w Filadelfii w Pensylwanii.
Po wojnie, w 1946 roku, powróciła do swojego domu we Francji, gdzie komponowała muzykę orkiestrową i kameralną, a także wiele innych dzieł, w tym balety Paris-Magie (z Lise Delarme) i Parisiana (dla Królewskiego Baletu w Kopenhadze), opery Il était un petit navire (z Henri Jeansonem), Dolores, La petite sirène (z Philippe Soupault, na podstawie baśni Hansa Christiana Andersena "Mała Syrenka"), i Le maître (do libretta Ionesco), komedię muzyczną Parfums, Concerto des vaines paroles na głos barytonowy, fortepian i orkiestrę, Koncert na sopran i orkiestrę, Concertino na flet, fortepian i orkiestrę, II Koncert fortepianowy, Koncert na dwie gitary i orkiestrę, II Sonatę na skrzypce i fortepian oraz Sonatę na harfę, a także imponującą liczbę partytur filmowych i telewizyjnych. Większość tej muzyki została opublikowana dopiero po jej śmierci.
W 1976 roku przyjęła stanowisko akompaniatora w klasie muzyki i ruchu dla dzieci w École alsacienne, prywatnej szkole w Paryżu. W ostatnim okresie życia koncentrowała się głównie na mniejszych formach z powodu narastających problemów z artretyzmem w dłoniach. Mimo to stworzyła Sonate champêtre na obój, klarnet, fagot i fortepian, Sonatę na dwa fortepiany, Chorał i wariacje na dwa fortepiany lub orkiestrę, serię piosenek dla dzieci (do tekstów Jeana Tardieu) oraz utwory dla młodych pianistów. Jej ostatnim ważnym dziełem był Concerto de la fidelité na sopran koloraturowy i orkiestrę, którego prapremiera odbyła się w Operze Paryskiej rok przed jej śmiercią.
Germaine Tailleferre kontynuowała komponowanie aż do kilku tygodni przed śmiercią, 7 listopada 1983 roku w Paryżu. Została pochowana w Quincy-Voisins, Seine-et-Marne, Francja.
W Wielkiej Brytanii BBC Radio 3 wyemitowało pięć godzin biografii i krytyki dzieł Tailleferre, w ramach jednej z serii Composer of the Week, w tym nagrania jej dzieł (dostępne jako podcasty), w ostatnim tygodniu lipca 2023 r.
