Bianca Cappello nacque a Venezia nel 1548 da Pellegrina Morosini e dal nobile veneziano Bartolomeo Cappello, era famosa per la sua bellezza e raffinatezza, fu avviata dalla zia, sorella del Doge Andrea Gritti, all'arte della Cortigiana Onesta.
A soli 15 anni sposò il gentiluomo fiorentino Pietro Bonaventuri, un collaboratore del Banco dei Salviati, dopo una fuga della quale non era a conoscenza il padre e si trasferì a Firenze (1564). Bianca aveva affidato al marito i preziosi gioielli della sua dote. Fu però ingannata circa le reali possibilità economiche del Bonaventuri.

Il governo veneto cercò di farla rimpatriare forzatamente, ma la protezione alla coppia data da  Cosimo I de Medici (Duca di Firenze), impedì che il provvedimento venisse attuato. Dalla loro relazione nacque una figlia.
Bianca in seguito ebbe l'occasione di incontrare il figlio primogenito di Cosimo, il nuovo Granduca Francesco I de' Medici dopo l'abdicazione del padre, il quale fu attratto da lei. Francesco all'epoca era già sposato con Giovanna d'Austria, ma, al pari di Bianca, era frustrato dal proprio matrimonio: Francesco non amava il carattere della moglie ed era risentito con lei perché non riusciva a dargli un erede maschio (nacquero ben sei femmine), mentre Bianca era delusa dal tenore di vita modesto che il marito le poteva garantire.

Francesco sedusse Bianca senza troppi scrupoli, regalandole gioielli, abiti e arrivando ad assumere Bianca tra le damigelle di corte, mentre all'accondiscendente marito di lei veniva offerto un lavoro come impiegato granducale.
In seguito a Bianca venne offerto anche un palazzo, il più vicino possibile alla reggia di Palazzo Pitti, quello che oggi è conosciuto come Palazzo di Bianca Cappello, magnificamente decorato dagli artisti di corte. Fu anche nominata "diletta figlia della Serenissima".
Nel 1572 in circostanze misteriose Pietro Bonaventuri, che conduceva ormai una vita sregolata, venne assassinato in strada, e fu sospettato  il coinvolgimento del Granduca Francesco.

Nel 1564 Francesco salì al potere che divenne a tutto campo con la morte del padre nel 1574. Quando nel 1577 nacque il tanto atteso figlio maschio a Francesco e Giovanna (Filippo, morto però in giovane età nel 1582), Bianca sentì la sua posizione in difficoltà e cercò di far passare Antonio,  nato probabilmente dalla relazione illegittima di Francesco con una sua serva, come figlio suo e di Francesco. Bianca fu sempre poco amata dai fiorentini e aspramente osteggiata dalla famiglia Medici, soprattutto dal fratello di Francesco, il potente cardinale Ferdinando e sapeva che senza un erede maschio, un'eventuale morte di Francesco l'avrebbe fatta bandire da corte senza nessuno scrupolo.

Nel 1578 Giovanna d'Austria morì in un incidente, e poco tempo dopo Francesco sposò Bianca segretamente, rendendo pubblica la loro unione solo il 10 giugno 1579.
Il loro idillio non fu però durevole: nel 1587 dopo una cena alla villa di Poggio a Caiano entrambi soffrirono di tremende febbri. Si parlò di febbre terzana, anche se non mancarono i sospetti di avvelenamento. Prima Francesco e poi Bianca morirono senza che l'uno sapesse dell'altra, dopo una decina di giorni di agonia,.

La recentissima scoperta, effettuata con un moderno metodo immunologico da parte di ricercatori delle Università di Pisa e di Torino, della presenza di proteine del Plasmodium falciparum (l'agente della malaria perniciosa) nel tessuto osseo delle spoglie di Francesco I conferma le fonti secondo cui il Granduca (e quindi anche la Granduchessa) morì di febbre malarica e fa respingere la già controversa ipotesi dell'avvelenamento da arsenico.