Spacek werd geboren in Quitman (Texas) als dochter van Virginia Frances en Edwin Arnold Spacek, Sr.[1]. Haar grootouders aan vaders kant waren van Moravisch/Tsjechisch/Boheemse afkomst.[2] Spaceks moeder was afkomstig uit de vallei van de Rio Grande in Texas. Spacek kreeg de bijnaam Sissy van haar oudere broers. Ze werd heftig geschokt door de dood van haar 18 jaar oude broer Robbie in 1967. Daarop besloot ze dat het leven te kort was om aan hoger onderwijs te verspillen, en ze trok naar New York City om te acteren.
Spacek begon als countryzangeres, ze nam een single op ("John, You Went Too Far This Time", over John Lennon) onder de naam "Rainbo." Met de hulp van haar neef, acteur Rip Torn, kon ze inschrijven in Actors Studio van Lee Strasberg en vervolgens het Lee Strasberg Institute in New York City. Haar eerste filmrol was in de film Prime Cut uit 1972, waarin ze een jonge vrouw speelde die verkocht wordt als seksslavin. De eerste rol waarmee ze opgemerkt werd was in de film Badlands van Terrence Malick uit 1973, waar ze ook regisseur Jack Fisk ontmoette, met wie ze later zou trouwen.
Ze brak door in 1976 met de hoofdrol in Carrie van Brian De Palma, waarin ze een weinig populaire en emotioneel verwarde tiener speelde met telekinetische gaven. Ze ontving hiervoor een nominatie voor de Academy Award voor Beste Actrice die echter niet verzilverd werd. Ze kreeg deze Oscar wel in 1980 voor Coal Miner's Daughter, waarin ze countryster Loretta Lynn speelt. Ze kreeg voor haar zangprestatie ook een Grammy Award. Hierop bracht ze zelf een countryalbum uit.
In 2001 werd ze weer genomineerd voor een Oscar voor haar rol in In the Bedroom van Todd Field. Haar vertolking van de rouwende Ruth Fowler kreeg gunstige kritieken.
In 2011 kreeg Spacek een ster op de beroemde Hollywood Walk of Fame.
