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Nata Edith Newbold Jones, era discendente di un'antica e ricca famiglia di New York, i Newbold Jones. Unica figlia di George Frederic Jones e di Lucretia Stevens Rhinelander, Edith Newbold Jones nacque a New York, e trascorse i primi anni tra Manhattan e Newport. Non frequentò alcuna scuola pubblica, studiando privatamente e concentrandosi sui grandi autori del passato.

Nel 1885 sposò il banchiere Edward Robbins Wharton, il quale già dopo pochi anni iniziò a presentare segni di gravi disturbi mentali. Il rapporto tra i due si allentò sino a divenire una separazione di fatto; nel 1907 abbandonò gli Stati Uniti, trasferendosi definitivamente in Francia, dove rimase fino alla morte. Divorziò formalmente nel 1913, mantenendo però il cognome del marito.

In quegli anni conobbe lo scrittore Henry James, del quale divenne ottima amica e confidente, e che la spronò a seguire la carriera letteraria. La maggior parte della sua copiosa produzione tematizza il problema del rapporto tra il singolo e il suo gruppo sociale di appartenenza, e in particolare il problema della "rottura delle convenzioni sociali". Cresciuta in un ambiente altamente elitario e rigidamente conservatore, come quello della cosiddetta "aristocrazia del denaro" dell'altissima società di New York (detta anche "l'aristocrazia dei Quattrocento"), Wharton cercò di rielaborare i temi legati alla forte chiusura sociale di tale ambiente in molte delle sue opere più importanti.

Nel 1902 venne pubblicato il suo primo romanzo, The Valley of Decision, ambientato nell'Italia del XVIII secolo, a cui fecero seguito molti altri romanzi e racconti. Nel 1911 pubblica Ethan Frome, un romanzo breve considerato da molta parte della critica come la sua opera più riuscita. Nel 1914, quando la Germania dichiara guerra alla Francia, Edith Wharton crea dei laboratori per le lavoratrici disoccupate e prive di assistenza. In Inghilterra nel momento della battaglia della Marna riesce a rientrare in Francia solo in settembre. Qui promuove gli "ostelli americani per rifugiati" una iniziativa che le varrà la Legion d'onore del governo francese (1916).

La sua opera più nota è L'età dell'innocenza (1920), ambientato nell'alta società newyorkese degli anni settanta del XIX secolo, di cui ben tratteggia caratteristiche, limiti e contraddizioni. Con questo romanzo vinse il premio Pulitzer nel 1921, prima donna a riceverlo dalla sua istituzione.

Nel corso degli anni venti e trenta pubblicò altri romanzi e raccolte di racconti (tra cui la Tetralogia di New York, 1924). Nel 1937 pubblicò Ghosts, una celebre raccolta di racconti sui fantasmi, in parte ispirata agli scritti di narrativa fantastica del suo amico e maestro Henry James. Morì lasciando incompiuto il suo ultimo romanzo Bucanieri (The Buccaneers).