1928年
日本女子大学英文专业毕业，曾先后在文艺春秋、新潮社、岩波书店等出版部门工作。在此期间，她读到英国作家米尔恩创作的《小熊维尼》系列童话，以此为契机走上了儿童文学创作和翻译之路。从1940年12月开始，石井桃子将《小熊维尼》系列童话译成日语并陆续出版。此后，石井桃子还将《彼得兔》和《米菲兔》等欧美风行一时的儿童文学作品译介到日本。1954年，因卓越的儿童文学活动获菊池宽奖，同年离开岩波书店赴美国留学约一年。回国后一边从事著述，一边创办了桂树文库。1980年获伊藤忠纪念财团的文库功劳奖。在翻译《小熊维尼》时，石井桃子也开始创作自己的作品。1947年，她发表了她的处女作也是代表作《
阿信坐在云彩上》。这部小说以二年级小学生阿信为主人公，生动地描述了日本一个普通家庭的生活，基调明快，充满幻想、文笔幽默，生活气息浓郁，问世后立刻成为畅销书，并于1955年被拍成电影。石井桃子还参与创立了“岩波少年文库”，并在调查研究欧美儿童文学和图书馆的基础上，于1958年将自己在东京的家改建成儿童图书馆。她在《孩子的图书馆》一书中讲述了这些经历，一时间日本出现建立儿童文库的热潮。石井桃子一生从事儿童文学的创作和翻译，晚年还将米尔恩的自传译成日语。她曾获得文部大臣奖、儿童文库功劳奖、日本艺术院奖和读卖文学奖等多个奖项。1997年成为日本艺术学会会员，2008年去世，独身。
在战后的日本儿童文学界，像石井桃子这样以精力旺盛和多彩纷呈的贡献活动给儿童文学的创作者和阅读者以巨大影响的人物实属罕见。她翻译的《
小熊温尼·普》等数量众多的英美儿童文学作品，以及利利安·史密斯的理论著作《儿童文学论》(与人共译)对日本儿童文学的发展起了许多启蒙作用。尤其是在此翻译介绍基础上，与他人共同著作的《儿童和文学》，可以说向战后日本儿童文学界提出了革命性的主张。她创办的“桂树文库”，成为各区域文库活动的先驱。
《儿童和文学》所论述的观点，震醒并深刻影响了战后的日本儿童文学界。此书以“儿童的文学应该生动有趣、明白易懂”这一世界“儿童文学的准则，来重新审视与此准则完全不同的过去的日本儿童文学。可以说五十年代中期以后，在《儿童和文学》的理论的巨大影响下，战后日本儿童文学开始诞生了。但是在后来的高度经济成长的背景下，也产生了作家和出版社对儿童文学只要有趣儿童就愿意读，就能畅销这种片面的理解，违反了追求良好的内容、高质量的艺术形式的石井桃子当初的本意。