1928年日本女子大学英文专业毕业，曾先后在文艺春秋、新潮社、岩波书店等出版部门工作。在此期间，她读到英国作家米尔恩创作的《小熊维尼》系列童话，以此为契机走上了儿童文学创作和翻译之路。从1940年12月开始，石井桃子将《小熊维尼》系列童话译成日语并陆续出版。此后，石井桃子还将《彼得兔》和《米菲兔》等欧美风行一时的儿童文学作品译介到日本。1954年，因卓越的儿童文学活动获菊池宽奖，同年离开岩波书店赴美国留学约一年。回国后一边从事著述，一边创办了桂树文库。1980年获伊藤忠纪念财团的文库功劳奖。在翻译《小熊维尼》时，石井桃子也开始创作自己的作品。1947年，她发表了她的处女作也是代表作《阿信坐在云彩上》。这部小说以二年级小学生阿信为主人公，生动地描述了日本一个普通家庭的生活，基调明快，充满幻想、文笔幽默，生活气息浓郁，问世后立刻成为畅销书，并于1955年被拍成电影。石井桃子还参与创立了“岩波少年文库”，并在调查研究欧美儿童文学和图书馆的基础上，于1958年将自己在东京的家改建成儿童图书馆。她在《孩子的图书馆》一书中讲述了这些经历，一时间日本出现建立儿童文库的热潮。石井桃子一生从事儿童文学的创作和翻译，晚年还将米尔恩的自传译成日语。她曾获得文部大臣奖、儿童文库功劳奖、日本艺术院奖和读卖文学奖等多个奖项。1997年成为日本艺术学会会员，2008年去世，独身。