Kimberly Alexis Bledel nasceu em Houston, Texas, para Nanette (Dozier) e Martin Bledel. Seus pais são falantes de espanhol (sua mãe nasceu no Arizona e cresceu no México, e seu pai nasceu na Argentina), e a ascendência de Alexis inclui dinamarquês, galês, inglês, escocês, irlandês e francês.
Alexis fez sua estréia na televisão em Gilmore Girls (2000), depois de passar anos na frente da câmera como modelo. Os pais de Bledel a encorajaram a tentar um teatro comunitário em Houston quando ela tinha 8 anos de idade, esperando que isso ajudasse sua filha a superar sua timidez. Ela passou a atuar em produções de Nossa Cidade, O Mágico de Oz e Aladdin, e mais tarde foi procurado em um shopping local para modelar. Ela começou sua carreira de modelo ainda no colegial, viajando por todos os lugares para Tóquio, Milão, Nova York e Los Angeles. Depois de se formar, ela se matriculou na NYU como major de cinema. Na primavera de 2000, Bledel conseguiu um gerente através de sua agência de modelos e foi para Los Angeles para sua primeira temporada de pilotos, onde rapidamente conseguiu o cobiçado papel de Rory em Gilmore Girls (2000).
Quando não está trabalhando, Bledel gosta de escrever, ler, fotografar, ir ao cinema e passar tempo com sua família. Ela é casada com o ator Vincent Kartheiser, com quem ela tem um filho.
