Simone Biles se narodila v Columbusu ve státě Ohio. Oba její rodiče bojovali s alkoholismem a drogovou závislostí. Její biologický otec rodinu opustil a matka Shannon se o Simone a její tři sourozence nedokázala postarat. Poté, co strávila nějaký čas v pěstounské péči, adoptoval tříletou Simone a její mladší sestru Adrii Shannonin otec Ron Biles a jeho druhá manželka Nellie. Simonina staršího bratra a sestru adoptovala sestra Rona Bilesa. Ron Biles je veterán letectva a bývalý letecký dispečer. Nellie je vystudovaná zdravotní sestra, která vlastnila a provozovala řadu pečovatelských domů v oblasti Houstonu. Simone a Adrii poskytli bezpečnou výchovu ve Spring v Texasu na předměstí Houstonu a dívky vždy považovaly Rona a Nellie za svou matku a otce. Simone byla od počátku aktivní dítě, běhala a skákala, kde se dalo. Její přirozená síla a vysoká energie se snoubily s neobvyklou mírou fyzické odvahy. „Prostě velmi odvážné dítě,“ tak sama sebe v tomto věku popisuje. V šesti letech ji na výletě ve školce vzali do tělocvičny a viděla, jak starší dívky cvičí gymnastiku. Když trenéři viděli, jak šestiletá Simone úspěšně napodobuje výkony dospívajících dívek, napsali rodině dopis, ve kterém navrhli, aby dítě chodilo na pravidelné hodiny gymnastiky. Simona zahájila tréninkový program v Bannon’s Gymnastix v Houstonu u trenérky Aimee Boormanové. Energické dítě si trénink rychle osvojilo a vydalo se na dlouhou cestu k tomu, aby se stalo šampionkou.
Výbušnost a bezmezná energie, díky nimž se Bilesová stala hvězdou na Bannonově gymnáziu, představovaly pro její učitele a spolužáky na státní škole jinou výzvu. V raném věku jí byla diagnostikována porucha pozornosti s hyperaktivitou (ADHD). Jako většině mladých lidí s touto diagnózou jí byl předepsán stimulant Ritalin. Díky jeho užívání se dokázala déle soustředit na úkoly, které před ní stály, ať už šlo o učivo, nebo gymnastiku. Velkou pomocí byla Simone také Nellie Bilesová, která si s ní na začátku každého roku sedla a sepsala s ní seznam cílů na následujících 12 měsíců a zaznamenávala její pokroky v průběhu roku.
Simon Bilesová se poprvé představila v juniorské národní soutěži na American Classic 2011 v Houstonu, kde se umístila na třetím místě v soutěži víceboje a na prvním místě na přeskoku. Simone se nyní nacházela na rozcestí. Věnovat se závodní gymnastice by vyžadovalo oběti. Ve 14 letech Bilesová opustila státní školu a začala se učit doma. Od té doby se vzdávala obvyklého kolotoče společenských aktivit teenagerů, aby mohla trénovat šest až osm hodin denně.
V roce 2012 se na American Classic umístila třetí na kladině, druhá ve cvičení na podlaze a první místo obsadila na přeskoku i ve víceboji. Na soutěži U.S. Classic 2012 se umístila na druhém místě ve cvičení na podlaze a opět obsadila první místo na přeskoku a ve víceboji. Na národním mistrovství USA v gymnastice skončila opět první na přeskoku a byla jmenována do juniorského národního týmu USA.
V patnácti letech byla o několik měsíců mladší, než aby mohla bojovat o místo v olympijském týmu v roce 2012, což byla možná šťastnější okolnost, než se tehdy zdálo. Když v roce 2013 na Americkém poháru debutovala na seniorské mezinárodní soutěži, její síla, zejména na přeskoku, byla všem zřejmá. Při soutěži za Spojené státy v italském Jesolu získala zlaté medaile ve víceboji, na přeskoku, kladině a ve cvičení na podlaze. V konkurenci týmů Německa a Rumunska v německém Chemnitzu opět vyhrála přeskok, kladinu a cvičení na podlaze, ale problémy ji teprve čekaly.
Na americkém klasickém turnaji v roce 2013 ztratila kontrolu na kladině a při cvičení na podlaze upadla. Její trenérka Aimee Boormanová ji byla nucena stáhnout ze soutěže. Pozorovatelé gymnastického dění se otevřeně ptali, zda její nepopiratelná síla a obratnost stačí na překonání nějakého vnitřního nedostatku. Bilesová se poradila se sportovním psychologem a absolvovala soukromý tréninkový kemp s legendární trenérkou Mártou Károlyiovou. Bilesová se o podstatě těchto sezení podrobněji nezmiňuje, ale něco v ní zapadlo. Naučila se vypustit z hlavy očekávání ostatních a užívat si svůj výkon v daném okamžiku. Pouhé tři týdny po katastrofálním vystoupení na Classic vyhrála národní mistrovství USA v gymnastice a byla jmenována do seniorského národního týmu. Dva měsíce poté vyhrála mistrovství světa v gymnastice v belgických Antverpách, což byl její první mezinárodní titul, a získala první místo na prostných, druhé na přeskoku a první ve víceboji. Od té doby neprohrála jediný závod.
Bilesová nastavovala nový standard výkonů ve svém sportu. Výška jejích skoků, rychlost obratů a jistota přistání ji odlišovaly od všech soupeřek. Podle historického desetibodového systému Mezinárodní gymnastické federace byl výkon gymnastky v každé disciplíně hodnocen na pevné stupnici od jedné do deseti. Tento systém podporoval závodníky ve zdokonalování tradičních dovedností a především v tom, aby se vyvarovali chyb, místo aby experimentovali s novými pohyby. Podle nové otevřené stupnice, kterou federace zavedla v roce 2006, mohly být uznávány vyšší úrovně obtížnosti a Bilesová byla připravena posouvat hranice. Na přeskoku a kladině přidala ke svým seskokům další otočky a salta. Zatímco se zotavovala ze zranění kolena, její trenér jí navrhl, aby dvojné uspořádání (salto end over end s rovnýma nohama a tělem) uzavřela provedením polovičního obratu a přistáním na jedné noze, čímž by šetřila citlivé koleno. Bilesová tuto novou dovednost představila na mistrovství světa 2013; nyní se dostala do repertoáru a je známá jako Bilesová.
V roce 2014 Bilesová a její trenérka Aimee Boormanová ukončily spolupráci s Bannonovou společností Gymnastix. Ron a Nellie Bilesovi otevřeli nové zařízení Word Champions Centre ve Spring v Texasu, kde Boormanová a Bilesová trénovaly v následujících sezónách. Zranění ramene vyřadilo Bilesovou ze soutěží na začátku sezony 2014, ale vrátila se v roce 2014 na U.S. Classic v Chicagu, kde se vyrovnala na prvním místě na kladině, obsadila první místo na přeskoku a ve cvičení na podlaze a s velkým náskokem zvítězila ve víceboji. Nyní běžně končila před svými nejbližšími konkurentkami s náskokem celých bodů, nikoliv frakcí, jak je obvyklejší. Na národním šampionátu USA v gymnastice v roce 2014 získala Bilesová stříbro na kladině, přestože během své závěrečné sestavy dvoudenního setkání spadla. Po dvou dnech soutěže získala zlato na přeskoku a ve cvičení na podlaze a stala se národní šampionkou ve víceboji, když skončila o více než čtyři body před svou nejbližší konkurentkou. Později téhož roku na mistrovství světa ve sportovní gymnastice v čínském Nanningu získala Bilesová stříbrnou medaili na přeskoku, zlato na kladině a ve cvičení na podlaze a podruhé za sebou získala titul mistryně světa ve víceboji.
Bilesová zahájila rok 2015 vítězstvími na AT&T American Cup v texaském Arlingtonu a na City of Jesolo Trophy v Itálii. Na letošním US Classic obsadila první místo v soutěži všestrannosti, přičemž první místa získala i na kladině, přeskoku a ve cvičení na podlaze. Přestože si předčasně vybojovala přijetí na UCLA, rozhodla se stát profesionálkou, čímž přišla o možnost soutěžit za UCLA.
Její vítězná série pokračovala třetím vítězstvím ve víceboji v řadě na US National 2015. Třetí mezinárodní titul získala na mistrovství světa ve skotském Glasgow. V Glasgow opět získala zlaté medaile na kladině a ve cvičení na podlaze, čímž zvýšila svůj celkový počet medailí a zlatých medailí na nejvyšší, jaký kdy nějaká žena ve světových gymnastických soutěžích získala. Byla vyhlášena Sportovcem roku týmu USA.
Vstoupila do nového soutěžního roku, v němž se poprvé zúčastní olympijských her. Rok zahájila vítězstvím ve víceboji na mistrovství Pacifiku, kde dosáhla nejlepších výsledků na přeskoku, prostných a kladině. Na národním mistrovství USA v gymnastice v roce 2016 opět získala tituly na přeskoku a kladině a zvítězila ve víceboji.
Podle očekávání byla Bilesová vybrána do olympijského týmu pro rok 2016 a trenér Boorman byl vybrán jako vedoucí ženského gymnastického týmu USA. Olympijské hry 2016 se konaly v brazilském Riu de Janeiru. Dne 9. srpna 2016 dovedla Bilesová americké gymnastky k vítězství v soutěži družstev s náskokem více než osmi bodů před druhým ruským týmem. O dva dny později získala Bilesová zlatou medaili v soutěži víceboje, přičemž nejvyšší skóre získala na přeskoku, prostných a kladině. Druhou individuální zlatou medaili získala na přeskoku. Přestože o několik dní dříve obsadila ve víceboji na kladině první místo, nečekaná chyba zhatila jinak působivé vystoupení ve finále na kladině. Přesto za tuto disciplínu získala bronzovou medaili. Na závěr získala čtvrtou zlatou medaili ve finále cvičení na podlaze. Kromě toho, že vyrovnala řadu dalších světových rekordů, vytvořila nový americký rekord v počtu zlatých medailí v gymnastice na jedněch olympijských hrách. Mezi svými vystoupeními na olympijských hrách a v soutěžích mistrovství světa získala 19 medailí, což z ní dělá nejvíce dekorovanou americkou gymnastku všech dob. Jako výrazná hvězda týmu USA byla Bilesová vybrána svými spoluhráči, aby při závěrečném ceremoniálu nesla vlajku své země.
Po skončení her získali ruští počítačoví hackeři přístup k lékařským záznamům Bilesové a dalších sportovců týmu USA. Prozradili, že Bilesová měla pozitivní test na Ritalin, a snažili se tuto informaci využít k diskreditaci jejího výkonu. Bilesová otevřeně přiznala, že dlouhodobě užívá Ritalin na ADHD, a olympijský výbor potvrdil, že dostala terapeutickou výjimku, aby mohla v užívání léků pokračovat i během soutěží. Její upřímné vyprávění o zkušenostech s ADHD dodalo odvahu mnoha mladým lidem v podobné situaci.
Po 13 letech nepřetržitého tréninku a soutěžení se Bilesová rozhodla dát si rok pauzu, než bude pokračovat v tréninku na olympijské hry 2020. V roce 2017 získala cenu ESPY pro nejlepší sportovkyni roku. Poté, co se její celoživotní trenérka Aimee Boormanová přestěhovala z Texasu na Floridu, Bilesová obnovila trénink s trenérem Laurentem Landim.
Světem ženské závodní gymnastiky otřásla na začátku roku 2018 zpráva, že více než 150 bývalých pacientek lékaře týmu USA Larryho Nassara obvinilo, že je v době, kdy byly v jeho péči, sexuálně zneužíval. Dne 18. ledna se na tento seznam přidala i Simone Bilesová. Nassar byl odsouzen k 60 letům vězení za federální obvinění z dětské pornografie a ve dvou různých procesech byl odsouzen na 40 až 175 let za několikanásobné sexuální obtěžování. Ve vězení stráví zbytek života. Simone Bilesová ocenila rozhodnutí soudců v tomto případu a vyzvala Americký olympijský výbor, aby vyšel vstříc těm, kteří přežili zneužívání, jako je ona sama.
Po 711denní pauze se Simone Bilesová v červenci 2018 triumfálně vrátila do veřejného soutěžení na americkém klasickém šampionátu. Zaznamenala nejvyšší skóre na přeskoku, cvičení na podlaze, kladině a ve víceboji. Následující měsíc na mistrovství USA v gymnastice získala Bilesová zlaté medaile ve všech čtyřech disciplínách – poprvé na bradlech, která byla dříve považována za její nejslabší disciplínu – a získala titul ve víceboji. Je teprve druhou ženou v historii, která na národním šampionátu získala všech pět zlatých medailí. Bilesová si na své historické vystoupení oblékla trikot v barvě teal, což bylo gesto solidarity se všemi oběťmi sexuálních útoků.
Bilesová získala na mistrovství světa ve sportovní gymnastice 2018 medaili v každé disciplíně: bronz na kladině, stříbro na bradlech a zlaté medaile ve cvičení na podlaze, na přeskoku, ve finále družstev a za všestranný individuální výkon. Jako první americká závodnice získala na mistrovství světa medaili ve všech disciplínách a tohoto pozoruhodného výkonu dosáhla v době, kdy trpěla bolestivým ledvinovým kamenem. Léčbu odložila až na dobu po soutěži a odmítla léky proti bolesti, které by jí podle antidopingových předpisů zabránily v kvalifikaci.
Na mistrovství světa, které se konalo v říjnu 2019 v německém Stuttgartu, dovedla tým USA k pátému vítězství v řadě a získala dalších pět zlatých medailí – na kladině, ve cvičení na podlaze, na přeskoku, ve víceboji a jako členka vítězného družstva. Byl to její sedmý titul ve víceboji a celkový počet medailí ve světových soutěžích zvýšila na 25, což je její historický rekord. Stala se tak nejčastěji dekorovanou gymnastkou v historii. S blížícími se olympijskými hrami 2020 v Tokiu dominuje svému sportu jako nikdo před ní.