1934年王晓棠出生于河南开封，后在抗战爆发后随父母几经周折转入重庆，后又随家返回老家南京，1948年再次举家前距杭州，在此期间，受到家庭的文化熏陶，王晓棠自小就拜师学习京剧，并坚持长期学习，多次搬迁成就的丰富的童年经历成为王晓棠重要的精神财富，其中最浅显的就是它不仅会说一口流畅、纯正的普通话，还能地道的使用河南、杭州、四川、河北等地的方言，这为作为演员的她增色不少，也使得她被称为中国不可多得的全能电影表演艺术家。
1952年，在上海参加中国人民解放军，开启军旅生涯。同年考入中国人民解放军总政文工团京剧团，并于次年调入总政话剧团。
1955年王晓棠被长春电影制片厂选中，出演个人第一部电影《神秘的旅伴》，在片中饰演彝族的姑娘小黎英，自此开启电影演员生涯，后在1958年调入八一电影制片厂，成了一名专业电影演员，在这一年里，她主演了获得第11届卡罗维·发利国际电影节青年演员奖的电影《边寨烽火》，也出演了纪录片《县委书记》，但重中之重的是首次作为女特务出演红色谍战电影《英雄虎胆》中的角色国民党特务阿兰。该片被公认为新中国影史最成功的惊险片之一，国产谍战题材教科书。
在电影《英雄虎胆》中王晓棠扮演了一位美艳动人的国民党女特务阿兰，她作为匪特首领李月桂和李汉光的亲信，在影片中与我军侦查员曾泰的贴背桑巴热舞成为了剧中的名场面，敌特爱上我方侦察员这种剧情，在如今我们已经司空见惯，但在建国初期的影片中属于非常大胆前卫的设计，风情万种的阿兰一时成了美女特务的代表，甚至一度被评为国内银幕第一女特务。
同样在这一年，王晓棠和丈夫言小朋的儿子降世，取名言群，取人民群众中的一员之意。一时间，王晓棠的演绎事业与家庭迎来双丰收，似乎人生的一切都向着美好与幸福奋进。
其后在多年间王晓棠陆续出演了剧情电影《海鹰》、剧情电影《碧空雄师》、剧情电影《鄂尔多斯风暴》等多部作品，直到1963年，王晓棠再次出演导演严寄洲的谍战类型作品《野火春风斗古城》，在演片中，王晓棠成功一人分饰两角试验金环、银环姐妹二人，本片以银环的成长为主线，以杨晓冬带领地下党员们争取伪团长关敬陶率部起义、保卫麦收为主旨展开。这也成为了王晓棠事业上的又一高峰。
然而好景不长，正在她当红之际，文革到来，王晓棠的影片被全盘否定，1969年自己也被“特殊复员”到了北京怀柔的林场，在这里一待就是6年之久。最令人痛心的的是，在1974年，王晓棠的独子言群因为长期的营养不良加之作息不规律染上肝炎，由于身处特殊时期，夫妻俩不在孩子身边，孩子寄居的亲戚家没有重视孩子的病情，没有送去医院医治，经过夫妻俩四处借钱找关系挽救，待到好不容易拿到证明可以住院时，依然为时已晚，儿子还是在父母亲的陪伴下离去。此时他才仅仅17岁8个月大。儿子的离世给了王晓棠巨大的打击，因为对儿子的愧疚，王晓棠迟迟难以走出悲伤，时常以泪洗面。
1975年，王晓棠终于得以平反返回了八一厂，带着失子的悲痛，王晓棠坚强踏上新的人生征程，在此之后，王晓棠逐渐走上了导演的道路。1982年她自导自演了由自己创作的华侨题材电影《翔》。
1988年王晓棠当上了八一电影制片厂的副厂长并在同年被授予大校军衔，此时的王晓棠在事业上已经有了很大的发展。然而事业上的成功，未能能使他的生活上过得也顺利起来，1992年王晓棠的丈夫言小朋由于长期劳累加上丧子后长期的郁郁寡欢病倒了，虽然王晓棠停下一切工作悉心照料，但丈夫仍在不久后离世。丈夫的离世成了压垮他的最后一根稻草，王晓棠把自己成日的关在家中闭门不出，回忆起同是梨园世家出身处处理解支持自己的丈夫，又回忆起贴心懂事的儿子，回忆起这房里曾经的欢声笑语。此时偌大房里只剩自己一人，她陷入了无尽的悲痛之中。
然而，命运岂能打败英雄，为了忘记失去亲人的痛苦，王晓棠以更大的努力投入工作，失去杂念的她废寝忘食，一天工作超过16小时，时常忙的来不及回家睡在厂里。1993年王王晓棠当上了八一电影制片厂的厂长，同年晋升少将军衔。此时的她已经是名副其实的女“将军”。此时的八一厂还处于亏损状态，为了节约成本她总是斤斤计较，所有的木头、布料等物料采购，她总是在会计算的非常精确。在她的不懈努力和带领下，八一电影制片厂从一开始的亏损逐渐扭亏，知道1998年她离任时，八一厂已经有了6000余万的流动资金和713亩的影视基地。
离任后王晓棠依旧没有离开演艺事业，2001年自导自演的电影《芬芳誓言》拿下了金鸡奖最佳编剧奖，又在2009年8月6日，青岛举行的第12届中国电影表演艺术学会金凤凰奖颁奖晚会中，王晓棠获得终身成就奖。2020年9月，王晓棠获得新时代国际电影节庆祝新中国成立70周年全国十佳电影女演员奖。
王晓棠的一生是曲折的又是辉煌的，凭借最美女特务为世人所周知，又屡次遭遇巨大挫折，但仍然以不屈不挠的精神顽强生存、逆流而上，并且以坚韧的性格带领八一电影制片厂也走向扭亏为盈胜利，巾帼不让须眉，电影届第一女”将军”实至名归。
时至今日，88岁她依然在为新中国电影事业发光发热......
