Khánh Linh là con gái trong một gia đình có truyền thống âm nhạc. Bố là nghệ sĩ đàn bầu Phạm Ngọc Hướng (Nhà hát ca múa nhạc Việt Nam), mẹ là ca sĩ, nghệ sĩ ưu tú Vũ Dậu (Nhà hát nhạc nhẹ Trung ương), anh trai là nhạc sĩ Ngọc Châu.

Năm bốn tuổi, cô học đàn và được tuyển thẳng vào hệ sơ cấp khoa piano Nhạc viện Hà Nội. Nhưng sau đó cô chuyển sang khoa thanh nhạc và được sự chỉ bảo, hướng dẫn của Nghệ sĩ nhân dân Quang Thọ. Khánh Linh rất mê nhạc nhẹ mặc dù theo học khoa opera.

Cô được biết tới sớm với ca khúc Cô Tấm ngày nay của anh trai Ngọc Châu (nhạc phim Chuyện nhà Mộc).

Năm 2004, cô cho ra album đầu tay Họa mi hót trong mưa với những sáng tác của Dương Thụ, Ngọc Châu.

Ca sĩ Khánh Linh chỉ nhận show ít nhất bốn ngày trước khi đi diễn, nguyên tắc này đã khiến cho ca sĩ Khánh Linh bị mang tiếng "chảnh"

Những album đã phát hành:
- Họa mi hót trong mưa (2004)
- Ban mai xanh (2006)
- Sau cơn mưa (2007)
- Giấc mơ mang tên mình (2013)
- Mùa hoa trở lại (2016)
- Mùa yêu (2016)