李世民的皇后是洛阳人长孙氏，是魏拓跋氏的后裔。长孙氏的先人曾任宗室长，因号长孙，此后便为姓。其高祖长孙樨为大丞相、冯翊王。曾祖长孙裕为平原公。祖父长孙兕为左将军。父亲长孙晟字秀，博涉书史，鸷晓兵，为隋右骁卫将军。长孙氏可谓官宦世家。
长孙氏喜好读书，尤爱图传，引古往今来的善恶以自鉴，矜尚礼法。长孙晟的哥哥长孙炽是周时的通道馆学士，听说窦氏曾劝抚突厥女，心中感叹，常对长孙晟说：“此明睿人，必有奇子，不可以不图婚。”于是，长孙晟将女儿嫁给了李世民。
据史书说，长孙氏有吉人异象，“后归宁，舅高士廉妾见大马二丈立后舍外，惧，占之，遇坤之泰。卜者曰：坤顺承天，载物无疆；马、地类也；之泰，是天地交而万物通也；又以辅相天地之宜。繇协归妹，妇人事也。女外尊位，履中而居顺，后妃象也。时隐太子釁阋已构，后内尽孝事高祖，谨承诸妃，消释嫌猜。及帝授甲宫中，后亲尉勉，士皆感奋。寻为皇太子妃，俄为皇后”。
长孙氏天性俭约，日用器服取给则止。她喜欢读书，不论寒暑佳节也不少废。在后宫中与李世民会谈，从不过问朝廷政务。即便李世民问她，她也拒不回答，辞谢说“牝鸡司晨，家之穷也，可乎？”再问，就干脆不答。后宫中有人坐罪，长孙氏“必助帝怒请绳沼，俟意解，徐为开治，终不令有冤”。长孙氏还心胸开阔，不与宫人争宠。下嫔生豫章公主不幸夭折，她视如亲人，多方抚慰。即便媵侍宫女患病，她也常常辍所御饮药资之。宫中上下都怀感其仁。
长孙氏的父亲是长孙晟，母亲是隋扬州刺史高敬德女。长孙氏的哥哥长孙无忌，与太宗李世民是布衣之交，以佐命为元功，可以自由出入卧内，李世民拟引以辅政。长孙氏知道以后，坚决不同意。乘间告诉李世民：“委托体紫宫，尊贵已极，不愿私亲更据权于朝。汉之吕、霍，可以为戒。”李世民不听，坚持委长孙无忌为尚书仆射。“后密谕令牢让，帝不获已，乃听。后喜见颜间。”
长孙氏的异母兄弟长孙安业，为人无行。曾父丧，竟逐长孙氏和长孙无忌还外家。长孙氏立为皇后，不计前嫌，长孙安业擢位将军。后来，长孙安业与李孝常等谋反，获罪将诛。长孙皇后叩头谢罪说：“安业罪死无赦。然向遇妾不以慈善知之；今论如法，人必谓妾释憾于兄，无乃为帝累乎！”于是减罪流放越巂。太子承乾乳媪请增东宫什器，长孙氏说：“太子患无德与名，器何请为？”
贞观八年，长孙氏从太宗李世民游幸九成宫，染疾危辍。这时，适闻柴绍等宫中急变。李世民披甲而起，长孙氏也舆疾以从。宫司上前谏止，长孙氏回答说：“上震惊，吾可自安？”病势趋重。太子承乾奏请大赦，讯度道人，祓塞灾会。长孙氏说：“死生有命，非人力所支。若修福可延，吾不为恶；使善无效，我尚何求？且赦令，国中大事，佛、老异方教耳，皆上所不为，岂宜以吾乱天下法？”太子不敢以此进奏，转而告知大臣房玄龄。房玄龄转奏太宗，太宗嗟叹称美。群臣又奏请大赦，以替皇后去灾。太宗准许。长孙氏力争不可。
贞观十年，长孙皇后病情加重，奄奄一息，与太宗诀别，说道：“玄龄久事陛下，预奇计秘谋，非大故，愿勿置也。妾家以恩津进，无德而禄，易以取祸，无属枢柄，以外戚奉朝请足矣！妾生无益于时，死不可以厚葬，愿因山为垅，无起坟，无用棺椁，器以瓦木，约费选终，是妾不见忘也。”长孙氏生前不参与朝政，临终前却顾念重臣，关心政务，还请求太宗纳忠容谏，勿受谗言，省游畋作役，说只有如此，她才能死而无恨。这年六月，长孙氏崩于立政殿，时年36岁。
长孙皇后留给后世并为历代所称道的，是她采古代妇人事迹著成的《女则》十篇，并论斥汉代马后不能检抑外家，使与政事，戒车马之侈，从而成祸。书中开本源，恤来事，多所忠戒。长孙氏生前告戒宫人，说写此书“吾以自检，故书无条理，勿令至尊见之”。到长孙氏过世，宫司奉书以闻。太宗为之哀恸，示近臣说，“后此书可用垂后，我岂不通天命而割情乎！顾内失吾良佐，哀不可已已！”谥文德，葬昭陵，因九峻山，以成后志。太宗亲自著表序始末，揭于陵左。上元中，益谥文德圣皇后。