1891. október 12-én született egy breslaui (ma: Wroclaw, Lengyelország) ortodox zsidó családban. A kiváló szellemi képességekkel megáldott és rendkívül olvasott Stein tizenhárom évesen megtagadta zsidó vallását és ateista lett. Húszévesen a Breslaui Egyetemen ismerkedett meg Edmund Husserl filozófus fenomenológiai munkáival (a fenomenológia a jelenségeket tapasztalatok alapján írja le, és nem használ elméleteket a magyarázatokhoz). Nem sokkal később átiratkozott a Göttingeni Egyetemre, ahol Husserl tanított, és huszonöt évesen filozófiai doktorátust szerzett.
Harmincévesen elolvasta a misztikus Ávilai Szent Teréz önéletrajzát: a megrázó élmény hatására 1922-ben megkeresztelkedett, és feladta egyetemi állását. A speyeri dominikánus leányiskolában kezdett tanítani, elmélyedt a katolikus filozófiában, lefordította Aquinói Tamás Az igazságról című művét. 1932-ben a münsteri pedagógiai intézet előadója lett, de a következő évben, a nácik uralomra jutása után zsidó származása miatt állásából elbocsátották. Stein már ekkor levélben kérte XI. Pius pápát a nemzetiszocializmus nyilvános elítélésére, válaszként azonban csupán pápai áldást kapott; a katolikus egyház feje azt csak 1937-ben a német nyelven írott Mit brennender Sorge - Égő aggodalommal című enciklikájában tette meg.
Steinnek felajánlották, hogy utazzon Dél-Amerikába, de erre nem volt hajlandó. Bevonult Ávilai Teréz 1562-ben alapított sarutlan karmelita rendjének kölni kolostorába, ahol 1934-ben beöltözött, szerzetesi neve Keresztes Terézia Benedikta lett. A zárdában fejezte be Véges és örök lét című művét, amely modern értelmezésben próbálta összehangolni Aquinói Tamás és Edmund Husserl filozófiáját.
Elöljárói 1939-ben Hollandiába, a biztonságosabbnak tűnő echti karmelita rendházba helyezték, ekkor született írásai már csak halála után jelenhettek meg. Minél inkább tombolt a náci zsidóüldözés, ő annál többször ajánlotta fel életét Istennek áldozatként a zsidó népért; Stein hite szerint a zsidók a megkülönböztetés és az üldöztetés révén részesednek Krisztus keresztjében.
1942-ben a holland püspöki kar pásztorlevélben szállt szembe a zsidóüldözéssel, "válaszul" a német megszállók minden nem árja származású katolikust internáltak. Terézia Benediktát és a katolikus hitre szintén áttért nővérét, Rosát az átmeneti táborból 1942. augusztus 7-én indították útnak Auschwitz felé, ahol megérkezése után két nappal, augusztus 9-én a gázkamrába küldték. A halált felkészülten fogadta, élete végéig népéhez tartozónak mondta magát, de olyannak, aki "megtalálta a Messiást".
Hamvait a közeli Sola folyóba borították, így sírja nincs. Ahol most a gázkamra alapzatának maradványai láthatóak, emlékművet emeltek neki.