Narodila se v Ravensdale ve státě Washington, venkovském městečku jihovýchodně od Seattlu, Carlile opustila střední školu, aby se mohla věnovat hudební kariéře a sama se učila hrát na klavír a kytaru. Její debutové album Brandi Carlile bylo vydáno s velkým ohlasem u kritiků, přesto však dosáhlo omezeného komerčního úspěchu. Carlile získala širší uznání se svým singlem z roku 2007 „The Story“, který pochází z jejího stejnojmenného alba. The Story získala v roce 2017 zlatý status, protože se do dnešního dne prodalo více než 500 000 kopií. The Firewatcher’s Daughter jí vynesla nominaci na Grammy za nejlepší americké album a dosáhla vrcholu na 9. místě žebříčku Billboard 200.
Carlile vydala sedm alb, včetně The Story (2007), Give Up the Ghost (2009) a Live at Benaroya Hall with the Seattle Symphony (2011), posledně jmenovaná se dostala na 14. místo v žebříčku Top Rock Albums. V květnu 2017 Carlile vydala Cover Stories, kde se představilo 14 umělců, kteří přebírali skladby z původního alba The Story, včetně Adele, Pearl Jam a Dolly Parton, debutovala na 30. místě v žebříčku Billboard 200. Její poslední album, By the Way, I Forgive You, vyšlo v únoru 2018 s kritickým a komerčním ohlasem. Debutovalo na 5. místě v žebříčku Billboard 200, což je její dosud nejvyšší umístění v žebříčku, a také se dostalo na 1. místo v žebříčku Billboard Top Rock Albums.
Carlilina hudba byla během let rozdělena do několika žánrů, včetně popu, rocku, alternativního country a folku. O svém stylu řekla: „Prošla jsem všemi možnými hlasovými fázemi, od popu přes blues až po R&B, ale ať dělám, co dělám, prostě nemůžu dostat country a western ze svého hlasu.“ Carlile byla součástí několika aktivistických kampaní a obhájkyní kauz od šíření povědomí o zdravotních problémech až po práva LGBT a posílení postavení žen.