Filha de Antónia da Conceição Lobo e do republicano João Maria Espanca nasceu no dia 8 de Dezembro de 1894 em Vila Viçosa, no Alentejo. Seu pai era casado com Mariana do Carmo Toscano. A sua esposa não pôde dar-lhe filhos. Porém, João Maria resolveu tê-los – Florbela e Apeles, três anos mais novo – com outra mulher, Antónia da Conceição Lobo, de condição humilde. Ambos os irmãos foram registados como filhos ilegítimos de pai incógnito. Entretanto, João Maria Espanca criou-os na sua casa, e Mariana passou a ser madrinha de baptismo dos dois. João Maria nunca lhes recusou apoio nem carinho paternal, mas reconheceu Florbela como a sua filha em cartório só dezoito anos depois da morte dela.
Entre 1899 e 1908, Florbela frequentou a escola primária em Vila Viçosa. Foi naquele tempo que passou a assinar os seus textos Flor d’Alma da Conceição. As suas primeiras composições poéticas datam dos anos 1903-1904: o poema “A Vida e a Morte”, o soneto em redondilha maior em homenagem ao irmão Apeles, e um poema escrito por ocasião do aniversário do pai. Em 1907, Florbela escreveu o seu primeiro conto: “Mamã!” No ano seguinte, faleceu a sua mãe, Antónia, com apenas vinte e nove anos.
Flor ingressou então no Liceu Masculino André de Gouveia em Évora, onde permaneceu até 1912. Foi uma das primeiras mulheres em Portugal a frequentar o curso secundário. Devido à Revolução republicana de 5 de Outubro de 1910, os Espanca mudaram-se para Lisboa. Florbela interrompeu os estudos mas aproveitou o tempo para leituras (Balzac, Dumas, Camilo Castelo Branco, Guerra Junqueiro, Garrett).
Em 1916, de volta a Redondo, a poetisa reuniu uma selecção da sua produção poética desde 1915, inaugurando assim o projeto Trocando Olhares. A coletânea de oitenta e cinco poemas e três contos serviu-lhe mais tarde como ponto de partida para futuras publicações. Na época, as primeiras tentativas de promover as suas poesias falharam. No mesmo ano, Florbela iniciou a colaborar como jornalista em Modas & Bordados (suplemento de O Século de Lisboa), em Notícias de Évora e em A Voz Pública, também eborense. A poetisa regressou de novo a esta cidade em 1917. Completou o 11º ano do Curso Complementar de Letras e matriculou-se na faculdade de Direito da Universidade de Lisboa. Foi uma das catorze mulheres entre trezentos e quarenta e sete alunos inscritos.
Em 1919 saiu finalmente a sua primeira obra, Livro de Mágoas, antologia de poemas. Em 1922, a 1 de Agosto, na recém fundada Seara Nova publicou o seu soneto “Prince charmant...”, dedicado a Raul Proença. Em Janeiro de 1923 veio a lume a sua segunda coletânea de sonetos, Livro de Sóror Saudade, edição paga pelo pai da poetisa. Para sobreviver, Florbela começou a dar aulas particulares de português.
Em 1927 a autora principiou a sua colaboração no jornal D. Nuno de Vila Viçosa, dirigido por José Emídio Amaro. Naquele tempo não encontrava editor para a coletânea Charneca em Flor. Preparava também um volume de contos, provavelmente O Dominó Preto, publicado postumamente apenas em 1982.
Em 1930 Florbela começou a escrever o seu Diário do Último Ano, pubicado só em 1981. A 18 de Junho principiou a correspondência com Guido Battelli, professor italiano, visitante na Universidade de Coimbra, responsável pela publicação da Charneca em Flor em 1931. Na altura, a poetisa colaborou também no Portugal feminino de Lisboa, na revista Civilização e no Primeiro de Janeiro, ambos do Porto.
A poetisa teria deixado uma carta confidencial com as suas últimas disposições, entre elas, o pedido de colocar no seu caixão os restos do avião pilotado por Apeles na hora do acidente. O corpo dela jaz, desde 17 de Maio de 1964, no cemitério de Vila Viçosa, a sua terra natal.