Llicenciada al Newnham College de Cambridge. Realitzà estudis de postgrau a la Universitat d’Oxford i a Bryn Mawr als Estats Units. Dedicà molts anys a l’ensenyament universitari i s’especialitzà en crítica literària a l’University College London i en la crítica d’art, que ensenyà al Central Saint Martins College of Art and Design. És germana de l’escriptora Margaret Drabble. L’any 1999 fou nomenada dama de l’Imperi Britànic.
Byatt fou coneguda principalment per la seva obra narrativa, deutora de la tradició literària anglesa i en particular del Romanticisme i la literatura victoriana, que sovint barreja elements de crítica literària, feminisme i girs d’estil propers al realisme màgic. Publicà, entre d’altres, les novel·les The Shadow of the Sun (1964), The Game (1967), el quartet format per The Virgin in the Garden (1978), Still Life (1985, premi PEN/Macmillan Silver Pen 1986), Babel Tower (1996) i A Whistling Woman (2002), Possession: A Romance (premi Booker 1990), Angels and Insects (1992), The Biographer’s Tale (2001), The Children’s Book (2009) i els reculls de contes Sugar and Other Stories (1987), The Matisse Stories (1993), The Djinn In The Nightingale’s Eye (1994), Little Black Book of Stories (2003), The Children’s Book (2009) i Ragnarok: The End of the Gods (2011).