Née dans une Algérie encore française, Edwige Fenech grandit dans une famille italienne et se passionne d’abord pour la danse. À neuf ans, elle intègre le corps de ballet de Bône, en Algérie, et se montre particulièrement douée. La guerre met un frein à son ascension, et elle s’installe avec ses parents d’abord en Tunisie, puis avec sa mère à Nice, après leur divorce.

Alors qu’elle se promène dans la rue, la jeune fille est repérée lors d’un casting sauvage pour le film Toutes folles de lui de Norbert Carbonnaux (1967). La même année, l’actrice en herbe remporte le concours de beauté Lady France à Cannes, qui lui permet d’accéder à Lady Europe. Là, elle est repérée par un agent qui l’invite à tourner dans le film italien Samoa, fille sauvage de Guido Malatesta. Edwige Fenech y rencontre un tel succès qu’elle s’installe dans la Botte avec sa mère, à dix-huit ans.

La même année, elle retrouve Guido Malatesta pour Le Fils de l’Aigle noir, mais s’envole vite pour l’Allemagne, où elle tourne dans plusieurs comédies érotiques. De retour en Italie, Edwige Fenech rencontre le duo Franco et Ciccio, avec qui elle collabore sur des films comme Satiricosissimo, une parodie érotique du Satyricon de Fellini.

Au tournant des années 1970, c’est dans le giallo que la comédienne se fait un nom, notamment avec L’Île de l’épouvante de Mario Bava (1970). Mais c’est Sergio Martino qui lui confère son véritable statut d’icône du genre avec sa « trilogie du vice » : L’Étrange Vice de Madame Wardh (1971), Toutes les couleurs du vice (1972) et Ton vice est une chambre close dont moi seul ai la clé (1972).

Cette même année, Mariano Laurenti lui offre son rôle le plus célèbre en Italie dans Fais vite, monseigneur revient, devenu culte dans le pays. Dans les années 1970, après avoir donné naissance à un fils en 1971 — les rumeurs sur la paternité de Fabio Testi ayant fait les choux gras de la presse de l’époque —, elle vogue entre comédies érotiques et gialli.

En 1980, Edwige Fenech se tourne peu à peu vers la télévision, participant à de nombreuses émissions, sans pour autant délaisser le cinéma. Elle apparaît dans des films moins marquants comme Les Zizis baladeurs (1980) ou Croissants à la crème (1981), retrouvant au passage Sergio Martino.

Les années 1990-2000 lui ajoutent une nouvelle casquette, celle de productrice, notamment pour À ma sœur ! de Catherine Breillat (2001) et Le Metteur en scène de mariages de Marco Bellocchio (2006). Un an plus tard, elle reçoit un appel de Quentin Tarantino, grand admirateur, qui lui propose un rôle dans Hostel, chapitre II d’Eli Roth, et rend hommage à son nom en baptisant l’un de ses personnages d’Inglourious Basterds "Ed Fenech".

Si l’actrice incarne Catherine II de Russie dans le téléfilm La Figlia del Capitano, elle se consacre surtout à la production depuis plusieurs années.