Primogénita de los diez hijos del Rey de Castilla Alfonso VIII y de su esposa, Leonor Plantagenet. Era bisnieta de otra Berenguela, la esposa de Alfonso VII de Castilla y hermana de Ramón Berenguer IV de Barcelona, quien introdujo ese nombre catalán en la familia real castellana. Por línea materna era nieta de Enrique II de Inglaterra y de otra importante mujer de la época, Leonor de Aquitania.

Berenguela fue la única hija de los reyes hasta 1189, cuando nació un varón, así que durante ese tiempo era la heredera del trono. La importancia que Castilla estaba adquiriendo en Europa hacía de la infanta un partido muy deseado. Así surgió un buen candidato que pidió su mano cuando tenía siete años, nada menos que Conrado, Duque de Rothenburg, quinto hijo del emperador germánico Federico I Barbarroja.

El contrato matrimonial se firmó en la ciudad alemana de Seeligenstadt en 1188, y mantenía la situación de heredera de Berenguela, lo que suponía para el emperador conseguir un reino para su hijo, y una alianza importante para el Imperio.

Conrado de Rothenburg marchó a Castilla, celebrándose los esponsales en una ceremonia en Carrión en la que el joven fue armado caballero. Pero no se trataba de una boda, pues Berenguela aun era muy joven para ello.

Poco después los reyes castellanos tuvieron un hijo varón, lo que acababa con las aspiraciones del emperador, aunque la dote de la infanta, valorada en unos 42.000 aurii, era muy generosa. A pesar de ello, la pareja no volvió a verse. Berenguela solicitó la anulación del compromiso al Papa, seguramente influenciada por agentes externos, como su abuela Leonor de Aquitania, a quien no interesaba tener en sus planes a un Hohenstaufen como vecino de sus feudos franceses. Pero estos esfuerzos no fueron necesarios ya que el duque fue asesinado en 1196.

Dos años más tarde (1198), en la ciudad de Valladolid, Berenguela se casó con el Rey de León Alfonso IX, pariente suyo en tercer grado (era su tío), naciendo de este matrimonio cinco hijos:

- Berenguela (1198 - 1235), casada con Juan de Brienne, Rey-regente de Jerusalén.
- Constanza (1200 - 1242), monja en el monasterio de las Huelgas.
- Fernando III el Santo (1201 - 1252).
- Leonor (1202).
- Alfonso (1203 - 1272), Señor de Molina y Mesa por su primer matrimonio. Se casó sucesivamente con Mafalda de Lara, heredera de Molina y Mesa, con Teresa Nuñez y con Mayor Tellez de Meneses, Señora de Montealegre y Tiedra –de este último enlace nacería la célebre María de Molina, esposa de Sancho IV de León y Castilla–.

Pero en 1204, el Papa Inocencio III anuló el matrimonio alegando el parentesco de los cónyuges, a pesar de que Celestino III lo había permitido en el momento de contraerse. Ésta era la segunda anulación tanto para Berenguela como para Alfonso, que soliciataron vehementemente una dispensa para permanecer juntos. Pero este Papa fue uno de los más duros en cuestiones matrimoniales, así que se les denegó, aunque consiguieron que su descendencia fuese considerada como legítima. Disuelto el lazo matrimonial, Berenguela regresa a Castilla al lado de sus padres, dónde se dedicó al cuidado de sus hijos.

Al morir Enrique I, pasó la corona de Castilla a Berenguela, en el año 1217, y en el acto de proclamación renunció al trono en favor de su hijo Fernando. Pese a que no quiso ser reina, Berenguela estuvo siempre al lado de su hijo, como consejera y ayuda, interviniendo así en la política del reino, aunque de forma indirecta.

Berenguela ejerció como una auténtica reina mientras su hijo Fernando se encontraba en el sur, en sus largas campañas de Reconquista de Al-Andalus. Gobernó Castilla y León con la habilidad que siempre la caracterizó, asegurándole el tener las espaldas bien cubiertas. Se entrevista por última vez con su hijo en Pozuelo (Ciudad Real) en 1245, tras lo cual vuelve a Castilla, muriendo al año siguiente.

Se la retrata como una mujer virtuosa por los cronistas de la época. Fue protectora de monasterios y supervisó personalmente las obras de las catedrales de Burgos y Toledo. Del mismo modo, también se preocupó de la literatura, encargando al cronista Lucas de Tuy una crónica sobre los reyes de Castilla y León, siendo también mencionada en las obras de Ximénez de Rada.