王氏是安汉公、太傅、大司马王莽的女儿。元寿二年(公元前1年)，汉哀帝刘欣去世，汉哀帝的堂弟中山王刘衎继位，是为汉平帝。汉平帝继位时年仅九岁，由汉成帝的母亲太皇太后王政君临朝，王氏的父亲王莽秉持朝政。
元始三年(公元3年)春天，王莽想依照霍光以女配帝的旧例，将女儿王氏嫁给汉平帝为皇后，太皇太后不愿意。王莽故设变诈，令王氏一定要入宫，以此来加强自己的地位。太皇太后不得已而同意。派遣长乐少府夏侯藩、宗正刘宏、少府宗伯王凤、尚书令平晏到王府下聘礼。太师孔光、大司徒马宫、大司空甄丰、左将军孙建、执金吾尹赏、行太常事大中大夫刘歆以及太卜、太史令等四十九人赐皮冠素裳，行礼问卜，祭庙告祖，等待吉日让王氏与汉平帝成婚。
元始四年(公元4年)二月，派大司徒马宫、大司空甄丰、左将军孙建、右将军甄邯、光禄大夫刘歆奉乘舆驾，到王莽府邸迎娶王氏。马宫和刘歆等呈上皇后印玺绶带，登车称为警跸，择吉日从上林苑延寿门，进入未央宫前殿。群臣就位行礼，大赦天下。加封王莽地满百里，赏赐迎接皇后王氏以及参加婚礼的群臣，从三公以下到驺宰执事及长乐宫、未央宫与王莽府中的人，都增加秩禄，赏赐金帛不等。王氏成为皇后三个月后，前往太庙行告祖之礼。尊王莽为宰衡，位在各侯王之上。赐王莽妻子为功显君，有汤沐邑。封王莽的儿子王安为褒新侯，王临为赏都侯。
元始五年十二月十六日(公元6年2月4日)，汉平帝去世，王莽立汉宣帝的玄孙刘婴为太子，号为孺子，王莽代摄帝位，尊王氏为皇太后。更始元年(公元23年)，起义军诛杀王莽，焚烧未央宫，王氏叹息说：“我有何面目见汉家!”，于是自己投火中而死，时年二十七岁。