郭氏是西平郡西都人，家族世代为河西大族。黄初年间，西平郡发生叛乱，魏文帝曹丕派全城太守将叛乱平定。郭氏因此被没收入洛阳宫。黄初七年(226年)五月十七日，魏明帝曹叡继位，对郭氏颇为宠爱，封其为夫人，并任命她的伯父郭芝为虎贲中郎将，叔父郭立为骑都尉。
魏明帝起初非常宠幸毛皇后，后来宠幸郭氏，对毛皇后日益淡漠。景初元年(237年)九月十五日，明帝赏游后园，召后宫才人以上嫔妃参加饮宴娱乐。郭氏问魏明帝说：“应该把皇后请来吧?”魏明帝不同意，并且告知随从不得宣请毛皇后。第二天，魏明帝和毛皇后见面时，毛皇后问他说：“昨日宴游北园，玩得开心吗?”魏明帝以为是左右侍从们给毛皇后泄的密，因而下令杀掉十几个随从，并将毛皇后赐死。 景初二年(238年)十二月，魏明帝在患病之际，立郭氏为皇后。
景初三年(239年)正月初一日，魏明帝病重，立养子齐王曹芳为太子，并命太尉司马懿和大将军曹爽辅佐朝政。当天，魏明帝去世。曹芳继位，尊皇后郭氏为皇太后，所居宫殿称为永宁宫。并追谥皇太后郭氏的父亲郭满为西都定侯，以郭太后叔父郭立之子郭建承袭其爵位;封郭太后的母亲杜氏为郃阳君。郭太后的伯父郭芝调任散骑常侍、长水校尉，叔父郭立为宣德将军，皆封列侯。郭建之兄郭德，被敕命为文昭甄皇后已死的从孙甄黄之子，并承袭明帝亡女平原懿公主的爵位，封为平原侯，改姓甄氏。郭德与郭建兄弟二人同为镇护将军，都封为侯，共同负责京师警卫。
曹魏正始八年(247年)，大将军曹爽采纳何晏、邓飏、丁谧之计，软禁郭太后于永宁宫，郭氏和曹芳告别时相对哭泣，曹爽自此专权。 嘉平元年(249年)，太傅司马懿以郭太后名义发动高平陵之变，诛杀曹爽，掌控朝政大权。嘉平六年(254年)，主政的司马师(司马懿长子)借郭氏的名义废黜曹芳，并提出立曹据，但郭太后认为曹据是魏明帝的叔父，立曹据则魏明帝无人奉祀，自己一旦成为新帝的侄媳也会造成身份尴尬，力主立魏明帝弟弟东海王曹霖之子曹髦为帝。甘露五年(260年)，主政的司马昭(司马懿次子，司马师之弟)，借郭太后的名义追废遇弑的曹髦，并以普通百姓的礼节安葬。景元四年(264年)十二月，郭太后去世。景元五年(264年)二月三十日，上谥号为明元皇后，与魏明帝合葬于高平陵。郭氏在魏末政坛颇具影响力，毌丘俭、文钦举兵淮南借其名，钟会在蜀地反叛亦称是奉其遗令。