평안남도 순천 출생. 법률가인 전봉덕(田鳳德)의 1남 7녀 중 장녀이다.
1953년 경기여자고등학교를 졸업하였고, 같은 해 서울대학교 법학과에 입학하였으나 1955년 3학년 재학 중 전공을 독문학으로 바꾸어 독일로 유학하였다. 1959년 독일 뮌헨대학 독문학과를 졸업하고 이 학교 조교로 근무하였다. 유학 중 1955년 가톨릭에 귀의하여 막달레나(Magdalena)라는 영세명으로 영세를 받았으며, 이듬해 법학도인 김철수(金哲洙)와 혼인하였다.
1959년 5월 귀국하여 경기여자고등학교·서울대학교 법과대학·이화여자대학교의 강사를 거쳤고, 1964년 성균관대학교 조교수가 되었다. 펜클럽 한국본부 번역분과위원으로 위촉되어 일하기도 하였다. 1965년 1월 11일 31세로 자살하였으며, 뜻하지 않은 죽음은 전혜린의 총명을 기리는 모든 이에게 충격과 아쉬움을 남겼다.
독일 유학 때부터 시작된 전혜린의 번역작품들은 정확하고 분명한 문장력과 유려한 문체의 흐름으로 많은 독자들에게서 사랑을 받았다.
사강(Sagan,F.)의 「어떤 미소」(1956), 슈나벨(Schnabel,E.)의 「안네 프랑크(Anne Frank)-한 소녀의 걸어온 길」(1958), 이미륵(李彌勒)의 「압록강은 흐른다(Der Yalu Fliesst)」(1959), 케스트너(K○stner,E.)의 「화비안(Fabian)」(1960), 린저(Rinser,L.)의 「생의 한 가운데(Mitte des Lebens)」(1961), 뵐(Boll,H.)의 「그리고 아무 말도 하지 않았다(Und Sagte Kein Einziges Wort)」(1964) 등 10여 편의 번역작품을 남겼다.
그밖에 수필집 『그리고 아무 말도 하지 않았다』(1966)와 『미래완료의 시간 속에』(1966)가 있고, 『이 모든 괴로움을 또 다시』라는 제명으로 1976년 대문출판사(大文出版社)에서 일기가 유작으로 출간되기도 하였다.
순수와 진실을 추구하고 정신적 자유를 갈망하던 전혜린의 모습은 지금까지도 당대의 새로운 여성상으로 평가받는 한편, 완벽한 정신세계를 지향하는 지성적인 현대 여성의 심리로서 분석되는 등 관심의 대상으로 지속되고 있다.