Cooper 1975'te Philadelphis'da doğdu. Annesi Gloria gazeteci, 2011'de ölen babası Charles ise finansçıydı. Holly adlı bir ablası olan Bradley Cooper, lise yıllarında Philadelphia Daily News'da çalıştı. Georgetown Üniversitesi İngiliz Dili bölümünü bitirdi. Üniversite yıllarında kürek ve tiyatroyla ilgilenen Cooper ayrıca Fransızca öğrendi ve 6 ay değişim öğrencisi olarak Aix-en-Provence'ta yaşadı. Daha sonra New York'ta oyunculuk eğitimini sürdürdü.

İlk profesyonel oyunculuk deneyimini 1999'da Sex and the City dizisinin bir bölümünde konuk oyuncu olarak yaşadı. Daha sonra JJ Abrams'ın Alias adlı dizisinde ve Changing Lines adlı filmde oynadı. 2006'da Three Days of Rain adlı tiyatro oyununda Julia Roberts ve Paul Rudd ile sahneye çıktı. 2000'li yılların sonlarına kadar sinema filmlerinde genelde yardımcı oyuncu olarak rol aldı.

2009 yılında oynadığı Hangover serisinin ilk filmiyle adını daha fazla duyurmaya başladı. 2011'de gerilim filmi Limitless'ta oynadı. 2012'de David O'Russell'ın yönettiği ve başrolünde Jennifer Lawrence'ın oynadığı Silver Linings Playbook filmiyle en iyi erkek oyuncu dalında Oscar adaylığı kazandı. Bu filmle birlikte hem Russell, hem de Jennifer Lawrence ile profesyonel birlikteliği başlamış oldu. 2013'te Russell'ın American Hustle, 2015'te yine Russell'ın yönettiği Joy adlı filmlerde Jennifer Lawrence ile çalıştı.

2006'da aktris Jennifer Esposito ile evlenen Cooper, 1 yıl sonra ayrıldı. O tarihten sonra Renee Zellweger, Zoe Saldana ve Suki Waterhouse gibi isimlerle birliktelikler yaşadı. 2015'ten beri Rus model Irina Shayk ile yaşayan Cooper, 2017'de Lea de Seine Shayk Cooper adında bir kız çocuğu babası oldu.