Betty Robinson 1911-ben született az Illinois állambeli Riverdaleben, Illinois államban. Alig 16 éves volt, amikor egy reggel Charles Price, a biológiatanára és az iskola atlétikai csapatának edzője az épp induló vonaton arra lett figyelmes, hogy Betty a szerelvény felé rohan. A tanár biztos volt abban, hogy a lány nem éri el a vonatot, hiszen ahhoz nem lehet elég gyors, néhány pillanattal később azonban legnagyobb meglepetésére Betty beszállt a kocsiba.
Price ezt látva meghívta Bettyt az iskola atlétikai csapatába, ahol hamarosan bebizonyosodott, hogy valóban rendkívüli képességekkel rendelkező futó.
A csapatban ő volt az egyetlen női tag, azonban az Egyesült Államokban éppen ebben az időszakban kezdtek szervezett női futóversenyeket tartani, az edző pedig bátorította tanítványát a részvételre. Amikor a lány egy 100 méteres versenyen második lett a regionális bajnok mögött, meghívást kapott, hogy csatlakozzon az Illinois Women’s Athletic Clubhoz.
Az 1928-as olimpiai játékokat Amszterdamban rendezték meg, és első ízben női atlétika is szerepelt a versenyszámok között. A nők azonban csak 100 méteren, 4×100 méteres váltón, 800 méteren, diszkoszvetésben és magasugrásban indulhattak.
Bár csak néhány hónapja versenyzett Illinoisban, Betty elindulhatott a női olimpiai kvalifikációs versenyeken. Második helyezést ért el, ezzel pedig ő lett az 1928-as amerikai olimpiai csapat legfiatalabb tagja.
Amszterdamban kvalifikálta magát futás a 100 méteres döntőjébe, ahol aztán elsőként ért a célba. Ezzel ő lett a versenyszám első női olimpiai bajnoka, valamint a legfiatalabb sportoló, aki 100 méteren olimpiai aranyat nyert. A csapattal mindemellett egy ezüstérmet is nyert a 4×100 méteres váltóban.
Amint hazatért, Betty szinte azonnal elkezdte a felkészülést az 1932-es olimpiára. 1931 nyarára már csúcsformában volt és sokan a következő évre tervezett Los Angeles-i játékok lehetséges győzteseként emlegették.
Az edzések, valamint a testnevelői diploma megszerzése mellett azonban Betty a pilótaengedély megszerzésén is dolgozott, Amikor unokatestvére felajánlotta, hogy egy Chicago melletti kis mezőről elviszi kisrepülőjével egy körre, a lány örömmel mondott igent. A repülőgép hajtóműve azonban a magasban hirtelen leállt, és a gép egy mocsaras területen lezuhant. A helyszínre érkező mentők a súlyosan sérült pilótát kórházba szállították, Bettyről viszont azt feltételezték, hogy halott, így a helyi halottasházba vitték. Az ottani személyzet vette észre, hogy a lány még lélegzik, így aztán őt is kórházba szállították.
Betty komoly belső sérüléseket szenvedett, valamint eltört a lába, a karja és a csípője. A sebészek fémtűt helyeztek az egyik lábába, de így az kissé rövidebb lett, mint a másik, és nem tudta teljesen behajlítani a térdénél.
Több hétig kómában volt, amikor pedig magához tért, az orvosok közölték vele: lehet, hogy soha nem tud majd segítség nélkül járni, és biztosan nem fog többé versenyszerűen futni.
Hat hónapot töltött kerekesszékben, és majdnem két évbe telt, mire mankó nélkül tudott járni. Ezt követően azonban újra futni is kezdett, főleg azért, hogy felgyorsítsa felépülését. Fokozatosan javult a kondíciója, mígnem elkezdte mérlegelni annak lehetőségét, hogy elég erős lehet ahhoz, hogy részt vegyen az 1936-os olimpián.
Volt azonban egy nagy probléma: nem tudta eléggé behajlítani sérült lábát ahhoz, hogy felvegye a megfelelő pozíciót a rajtkockán, emiatt egyéni futószámban nem versenyezhetett többé. Szívóssága és eltökéltsége azonban elnyerte méltó jutalmát és az amerikai 4×100 méteres futócsapat tagja lett, váltóban ugyanis lehetséges volt az álló helyzetből való indulás.
A berlini olimpián az előfutamban a német csapat egyértelmű favorit volt, új világ- és olimpiai rekordidőt állított fel. Az amerikai csapat is bejutott a döntőbe, ám úgy tűnt, a németek ellen nem nyerhetnek.
Betty a harmadik szakaszt futotta a döntőben, a német csapat ekkor szűk előnyben volt az amerikaihoz képest. Az utolsó váltásnál azonban a németek elejtették a stafétát, elveszítve ezzel az előnyüket, míg Betty hibátlanul adta át a botot csapattársának, Helen Stephensnek, így végül az amerikai csapat győzedelmeskedett. Betty Robinson ezzel 24 évesen megszerezte második olimpiai aranyérmét.
Az 1936-os olimpia után visszavonult a versenysporttól, ám bíróként továbbra is részt vett sporteseményeken. Emellett bejárta Amerikát, előadásokat tartott az olimpiai szervezet támogatásáról, valamint népszerűsítette a nők részvételét a sportéletben és az olimpiákon.
1939-ben férjhez ment, és két gyermeke született.
1974-ben beválasztották a New York-i Nemzeti Atlétikai Hírességek Csarnokába.
1996-ban, 84 évesen büszkén vitte az olimpiai fáklyát Atlantában rendezett olimpiai játékokon.
1999. május 17-én, 87 évesen hunyt el.