永禄6年（1563年）、武田信玄の六女として生まれる。母は油川信守の娘・油川夫人。同母兄弟に仁科盛信、葛山信貞、松姫<ref>信玄の三女真理姫の母を油川夫人とする説もある。この説が事実だとすると、菊姫の同母姉妹は真理姫、松姫ということになる。ただし、信玄の娘たちの母親に関しては、確実な資料は存在せず、油川夫人母説が定説である菊姫に関しても、母を勝沼氏としたり、信玄ではなく勝頼の娘とする系図も存在する。</ref>。

天正3年（1575年）、長篠の戦いで兄の武田勝頼が織田信長に敗れて以降、武田氏の勢力が衰退し、上杉氏と同盟を結んで信長に対抗するため、甲越同盟の締結が行なわれた天正7年（1579年）に両家の同盟の証として上杉景勝に嫁いだ。婚約が成立したのは景勝と上杉景虎による御館の乱の最中のことであった。甲陽軍鑑によれば、景勝と婚約が成立する以前に長島一向宗の願証寺の僧と婚約していたとされる。

嫁いだ後は上杉家中から甲州夫人もしくは甲斐御寮人と呼ばれ、質素倹約を奨励した才色兼備の賢夫人として敬愛され、第2代藩主定勝（景勝の庶長子）を始めとする後世の歴代藩主たちも武田家を丁重に扱ったといわれる<ref>武田氏滅亡時に菊姫の縁を頼って上杉家に逃れてきた信玄の七男（六男説もある）で菊姫の異母弟・武田信清とその子孫は、上杉藩主親族の高家衆筆頭として優遇され、幕末まで続いている。また、真理姫の孫にあたるという上松頼母義次も、母が信玄の外孫であるとして母ともども上杉家に召抱えられている。（『上杉家御年譜』より）</ref>。

文禄4年（1595年）からは豊臣秀吉への、関ヶ原の戦いの後は徳川家康への人質として京都伏見の上杉邸で、死去するまでの生涯を送った。上杉家は慶長3年（1598年）に越後から陸奥会津120万石へ転封となったが、菊姫は会津や関ヶ原の戦いでの敗北によって上杉家が移封された米沢へ暮らすことや滞在する事はもとより、京都を出ることすら一度もなかった。伏見へは、直江兼続正室のお船の方もともに上っている<ref></ref>。

慶長8年（1603年）冬より病床に伏し、翌9年（1604年）2月16日に上杉家の伏見屋敷で死去<ref>歴史作家楠戸義昭が米沢の郷土史家の説に基づき、菊姫の死因を自殺であると自身の著書などで紹介し、また菊姫の死を扱った小説や一部の解説書なども菊姫自殺説や菊姫憤死説を採用しているが、この説には実際には研究者の言及もなく、またその根拠とされる史料についても不明な点が多く、これを史実と見なすにははなはだ信憑性に欠ける。「栄耀と斜陽」の章を参照。</ref>。享年42。菊姫死去の報を聞いた景勝や上杉家の家臣たちの哀惜の有様について、『上杉家御年譜』には「悲歎カキリナシ」とある。

法名は大儀院殿梅岩周香大師。墓所は京都妙心寺亀仙庵（現隣華院）。後年米沢林泉寺にも墓碑が建立された。