Cordelia Urueta nació en 1908 en Coyoacán ( México). Fue miembro de una familia de intelectuales, artistas, diplomáticos y cineastas.​ Su padre fue Jesús Urueta Siqueiros, diplomático y crítico de arte de la Revista Moderna.

Pasó su infancia durante la Revolución mexicana y en la casa donde creció fue la sede de la Revista Moderna, por lo que su relación con el mundo gráfico se inició desde niña, especialmente desde las revistas, los libros de la biblioteca familiar y la colección de copias de esculturas europeas. Conoció a Dr. Atl, al que llamaba tío Murillo, y fue el primero en reconocer su talento después de ver algunos de sus retratos.​

En 1919, la familia se trasladó a Buenos Aires debido al nuevo puesto diplomático que le fue asignado a su padre, que falleció a los pocos meses de su llegada, cuando Cordelia tenía sólo once años. Por ese motivo, la familia regresó a México donde pasaron un largo duelo y una nueva situación económica. Ambos factores afectaron seriamente la salud de la niña, que empezó a recobrarla un año más tarde tomando clases de dibujo, a menudo haciendo retratos de las personas más cercanas. También aprendió que el arte era su vocación, pero su salud siguió siendo frágil.

En un viaje a Nueva York conoció a Alma Reed, dueña de la galería de arte Delphic Studios y conocida promotora de arte mexicano. Reed invitó a Urueta para que participara en una exposición colectiva junto a José Clemente Orozco y Rufino Tamayo. Sin embargo, poco después su salud la forzó a retirarse temporalmente de la pintura.

En 1932 regresó a las bellas artes como profesora de arte para la Secretaría de Educación Pública.​ Allí comenzó a conocer a un número significativo de artistas del momento, entre las que se encontraba María Izquierdo.​ En 1938, obtuvo un puesto de canciller en la embajada mexicana en París, donde se instaló con su marido, el pintor Gustavo Montoya. Poco antes de que la Segunda Guerra mundial empezara, el personal de embajada de París fue evacuado, Urueta y Montoya fueron transferidos al consulado de Nueva York.

Después de regresar a México comenzó a pintar profesionalmente. Aprendió a utilizar de una nueva manera el color y así pudo expresar mejor sus emociones.

Lo que más me interesa en el arte es la sorpresa. Hasta que no llego a sorprenderme con lo que hago, aquello no me interesa. Voy buscando sin saber qué es lo que busco hasta que algo me sorprende, entonces me digo, es esto.

Temas recurrentes en su obra, los cuales se oponen a su visión fantástica, son las imágenes que hacen alusión directa al tormento de los conflictos sociales, en específico las guerras. Igualmente mostró una preocupación acerca de los problemas ecológicos. Dentro de ese gran espectro temático, las mujeres tienen un lugar importante en sus pinturas como protagonistas de secretos, amores y visiones místicas. Obtuvo sus mayores logros artísticos a finales de 1950, inicios de 1960. Formó parte de un amplio círculo intelectual de su país y desde entonces se dedicó a la pintura y a exponer.

Su primera exposición fue en el Salón de la Plástica Mexicana en 1950, a la que siguieron muchas otras exposiciones en México, Francia, Jerusalén, Escandinavia, Perú, Honduras, Japón y Nueva York. El Museo de Arte Moderno de México realizó una exposición retrospectiva de su trabajo en 1985. También ganó varias bienales como la Interamericana de Pintura y la VI Bienal de Sao Paulo, Brasil de 1961 y fue una de las artistas mencionadas en el libro “Cien años de la pintura Mexicana” de 1967.

Murió a la edad de 87 años después de una larga enfermedad. Está enterrada en Panteón Jardín de la Ciudad de México. A día de hoy a Cordelia Urueta se la considera una de las «grandes coloristas» de México” y como «Gran dama del arte abstracto».