太平公主出生年分目前尚无确切说法。根据她第一次结婚的时间和兄長李旦出生时间推定，可能生于664年前后，是高宗和武后的最后一名子女。
早期
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太平公主五、六岁時，常常往来外祖母荣国夫人家，她随行的宫女（一說為太平公主本人[3]）遭表兄賀蘭敏之逼姦，此事引起武则天大怒，加上此前贺兰敏之曾奸污内定的未来太子妃，武则天最终决定，撤销贺兰敏之作为武家继承人的身分，流放並中途处死賀蘭敏之。
太平公主八岁时，以替已经去世的外祖母荣国夫人杨氏祈福为名，出家为女道士；太平之名，乃是她的道号。虽然号称出家，她却一直住在宫中。直到吐蕃派使者前来求婚，点名要娶走太平公主。李治和武则天不想让爱女嫁到远方去，又不好直接拒绝吐蕃，便修建了太平观让她入住，正式出家，藉口公主已经出家来避免和亲。
第一次婚姻
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681年，太平公主下嫁自己的表兄（姑姑城阳公主的二儿子）薛紹。婚礼在长安附近的万年县馆举行，场面豪华非常，照明的火把烤焦了沿途的树木、为了让宽大的婚车通过，不得不拆除了县馆的围墙。《旧唐书》[4]记载，因这次婚事，亦赦免京城的囚犯。
武则天对女儿非常宠爱，她认为薛绍的嫂嫂萧氏和成氏出身不够高贵，想逼薛家休妻。有人以萧氏出身門閥大姓兰陵萧氏，为蕭瑀侄孙，并非寒门相劝，才使武则天放弃了这个打算。太平公主嫁給薛紹後生下兩個兒子。太平公主與丈夫薛紹情篤意合、生活美滿，但兩人的婚姻于688年结束。因为薛紹長兄薛顗参与唐宗室李沖的谋反，進而牵连驸马薛绍，武则天下令将薛顗处死、薛绍杖责一百，饿死獄中[5]，当时太平公主正懷孕著，後來太平公主生下一個女兒，当时太平公主最小的女儿才刚满月[來源請求]。事后，武则天为了安慰女儿，打破唐公主食实封不过三百五十户的惯例，将她的食邑加到一千二百户。
太平公主、女儿万泉县主、豆卢氏联姻关系
昌乐公主杨氏豆卢通李昞
豆卢宽唐高祖李渊
豆卢怀让万春公主李氏唐太宗李世民
窦氏豆卢贞松薛瓘城阳公主李氏唐高宗李治
薛绍太平公主李氏唐睿宗李旦
豆卢光祚万泉县主薛氏唐玄宗李隆基
豆卢建建平公主李氏
第二次婚姻
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不久，武则天曾打算将寡居的太平公主嫁给武承嗣，但因武承嗣生病作罷（一说是因为太平公主看不中武承嗣）。690年太平公主改嫁予武攸暨。武则天为了让太平公主嫁给武攸暨，而处死了武攸暨的妻子。这次婚姻被认为是武则天为了保护太平公主而采取的手段。两个月后武则天正式登基，太平公主則因武家的兒媳之身分避免了危險。婚後與武攸暨育有兩個兒子、一女兒。
武攸暨性格谨慎谦退。太平公主在第二次婚姻期间，與僧惠範及崔湜有私交，并将張昌宗进献给母亲武则天。有謂太平公主與高戩、崔湜等人淫亂，但正史如《新唐書》、《舊唐書》等時常只提及「私附太平公主」[6][7]。
太平公主与远房表哥武攸暨的联姻关系
武华
武士让武士彟
武怀道武则天
武攸暨太平公主李氏
武周时期
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太平公主「喜權勢」，武则天认为她姿色美豔[來源請求]、身材豐腴、足智多謀都像自己，常与之商议政事，但武則天多與太平公主私下謀議。太平公主畏惧母亲，因而行事比较收敛，对外只大肆装修府邸，购买别业[8]。武则天朝，太平公主见诸史书的建树只有为自卫而铲除来俊臣势力这一件。此外，聖曆二年（699年）太平公主同相王李旦一起作为李家的代表参与了武李盟誓[9]（有记载称[來源請求]，薛怀义也是她定计处死的，但也有说法称，处死薛怀义的是建昌王武攸宁。）
武周末年，武氏權勢傾軋李氏，武则天召回庐陵王李显，立他为继承人，并通过一系列联姻将武李两家联系起来，以图能消弭未来的政治斗争。同时，她也开始让太平公主和上官婉儿以及她的两个男宠張昌宗、張易之掌握权力。太平公主本人虽是武家儿媳，但政治上一直是李家的拥护者。
大足元年（701年），二张兄弟因进谗言害死了两家的嫡系继承人[b]而同时得罪武李两家。长安二年八月（702年），李显、李旦与太平公主联名表奏，请封张昌宗为王，为武则天拒绝，改封二张为国公。这次表奏缓和了双方关系。但不久后的长安三年九月（703年），张昌宗诬告魏元忠与太平公主的情夫司礼丞高戬，引起武则天大怒，将魏高二人下狱。二张与太平公主及李家的关系彻底破裂。
705年，李家的拥护者凤阁侍郎张柬之、鸾臺侍郎崔玄暐、左羽林将军敬晖、右羽林将军桓彦范、司刑少卿袁恕己等五人发动兵变，诛杀二张，逼武则天讓帝位给太子李显，史稱神龙政变。太平公主由於參與誅殺二张兄弟有功，而受封镇国太平公主，封五千户。
中宗、睿宗时期
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唐中宗復辟之後，太平公主足智多謀，逐渐走到幕前，积极参与政治。她受到中宗的尊重，中宗曾特地下诏免她对皇太子李重俊、安樂公主等人行礼。中宗朝時，韦皇后与安乐公主干政乱權，唯惧太平公主多谋善断。
景龙元年（707年），太子李重俊發動了景龍之變，殺了武三思、武崇訓，重俊事敗被殺。景龙三年七月（709年），安乐公主与宗楚客想趁机陷害太平公主与相王李旦兄妹，遂诬告他们与重俊同谋，因主审官御史中丞萧至忠对中宗流泪进谏，「陛下富有四海，不能容一弟一妹，而使人罗织害之乎！」，太平公主与李旦而得以幸免于难，但太平公主与安乐公主的敌对已明显白热化。
景龍四年（710年）六月，唐中宗病逝，上官婉兒與太平公主一起草擬遺詔，立溫王李重茂為皇太子，皇后知政事，相王李旦参谋政事，试图在韦后与皇族之间谋取平衡，但宗楚客与韦后党羽商议，改相王李旦为太子太师，架空了李旦，打破了这一平衡。七月，身份高貴，一言九鼎的太平公主派刘幽求与兒子薛崇简一起参与了李隆基起事誅殺韋后的唐隆政變，殺了韋后，清除了韦氏党羽，并亲手将李重茂拉下皇位，擁立相王李旦復位，是為唐睿宗。太平公主因此番功劳而晋封万户，三子封王，为唐朝公主权势之顶峰。
太平公主在協助李隆基政變除掉韋皇后以後，与李隆基发生权争。她曾經要求睿宗廢掉太子李隆基，并積極培植黨羽，痛下殺手企圖毒死李隆基，將其置於死地。此时，朝中七位宰相有五位是經由太平公主任命，《资治通鉴》说：“自宰相以下，进退系其一言，其余荐士骤历清显者不可胜纪，权倾人主，趋附其门者如市”。文武百官除了姚崇、宋璟等寥寥数人外，大多數都依附太平公主。睿宗則试图在李隆基和太平公主之間尋求政治平衡，避免伤害到任何一人。
上官婉儿被杀后，太平公主劝说睿宗下诏将她厚葬于雍州咸阳县茂道乡洪渎原，且非常哀伤，派人去吊祭，并出钱五百匹绢[10]。此后太平公主曾劝说唐睿宗下旨，搜集编撰了上官婉儿的著作[11]，保留了这位才女的作品。