É loira natural e mede 1,68. Apesar de nunca ter estudado interpretação, o seu primeiro trabalho como atriz foi aos 6 anos, em 6 anúncios da Barbie.

Um dos primeiros trabalhos conhecidos de Kaley Cuoco foi na série 8 Simple Rules, onde interpretava a irmã mais velha de Kerry (Amy Davidson). Curiosamente, na realidade, Kaley é seis anos mais nova que Kaley.

No episódio piloto original de The Big Bang Theory a personagem feminina chamava-se Katie e era interpretada por Amanda Walsh. Quando Walsh não pode continuar a fazer o papel, o estúdio chamou Kaley para continuar, sob o nome de Penny. Ao princípio, a CBS não achou boa ideia mas, depois de a ver dentro do programa, admitiu ter sido uma das melhores decisões de sempre do canal.

Em 2010, Kaley admitiu ter sido namorada de Johnny Galecki. Os dois namoraram em segredo, para não influenciar a emissão da série. Curiosamente, nessa mesma altura, Leonard e Penny estavam a passar pelos seus piores momentos juntos. Agora, são grandes amigos e contam um com o outro para tudo.

Ténis, natação e yoga são os seus preferidos. Ainda que seja uma tenista amadora, em 2002 já estava no ranking dos melhores amadores dos Estados Unidos. O seu amor pelo ténis é tão grande que se esteve casada com o tenista Ryan Sweeting, com quem se comprometeu aos 3 meses de o conhecer. Dois anos depois, a atriz pedia o divórcio.

É vegetariana e defensora dos direitos dos animais. Chegou mesmo a gravar uma canção para a Humane Society of the United States, para ajudar a causa.

O seu preferido chama-se Bojangels. Em 2010 caiu de um cavalo e esteve quase a perder a perna. O acidente afastou-a da série durante dois episódios de A Teoria do Big Bang. O seu atual namorado, Karl Cook, é cavaleiro de equitação profissional e vencedor de várias competições nacionais.

A Kaley Cuoco tem um novo desafio: a sua produtora, a Norman Production. O seu primeiro projeto é a adaptação de The Flight Attendant. Kaley será a protagonista, uma hospedeira de borda que acorda junto a um homem sem vida, num hotel no Dubai, sem se lembrar do que aconteceu na noite anterior.