Geboren in Edinburgh, Schotland. Kenneth Grahame was een Schots schrijver. Zijn ouders waren James Cunningham Grahame (1830-1887), advocaat , en Elizabeth Ingles (1837-1864). Toen Grahame iets meer dan een jaar oud was, werd zijn vader aangesteld als sheriff-vervanger in Argyllshire, en verhuisde het gezin naar Inveraray aan Loch Fyne met Grahame, zijn oudere zus, Helen, en zijn oudere broer, Thomas William (bekend als Willie). In maart 1864 werd Grahame's jongere broer, Roland, geboren en de volgende maand stierf Grahame's moeder aan roodvonk. Grahame kreeg de ziekte en werd ernstig ziek. Hoewel hij herstelde, bleef hij de rest van zijn leven kwetsbaar voor borstinfecties. Na de dood van hun moeder werden de vier kinderen naar hun grootmoeder van moederskant gestuurd om te wonen in The Mount, een groot huis op een uitgestrekt landgoed in Cookham Dean in Berkshire, terwijl hun rouwende vader in Schotland bleef en aan de drank raakte. Ook woonde Grahame's oom David Ingles op The Mount, die pastoor was bij de plaatselijke kerk en de kinderen meenam varen op de rivier de Theems in het nabijgelegen Bisham. De kinderen werden financieel ondersteund door Grahame's oom van vaderskant, John Grahame, die parlementair agent was in Londen. In het voorjaar van 1866, na het instorten van een schoorsteen op The Mount, verhuisden de kinderen met hun grootmoeder naar Fernhill Cottage in Cranbourne. Later dat jaar riep Grahames vader de kinderen terug naar Schotland, maar de regeling werkte niet en de kinderen keerden in 1867 terug naar Cranbourne, terwijl hun vader zijn post in Schotland opzegde, in Frankrijk ging wonen en geen verder contact meer had met zijn kinderen. In 1868, toen hij negen jaar oud was, ging Grahame naar de kostschool van de onlangs opgerichte St Edward's School in Oxford. Hij was succesvol op school, zowel academisch als in de sport, en won prijzen voor theologie en Latijn in 1874 en de zesde klasprijs in 1875. Hij was aanvoerder van de rugby vijftien en werd schoolhoofd. Hij bracht zijn vakanties door in Cranbourne of bij zijn oom, de marinecommandant Jack Ingles, en zijn kinderen in Portsmouth en Londen. Het was tijdens een kerstvakantie in Londen in 1875 dat Grahames broer Willie stierf aan een borstinfectie. Terwijl hij op school zat, droomde Grahame ervan om naar de Universiteit van Oxford te gaan, maar zijn oom, John Grahame, was tegen het idee en weigerde het te financieren. In plaats daarvan begon Grahame te werken als klerk in het kantoor van zijn oom, dat parlementaire agenten Grahame, Currie en Spens had. Terwijl hij op het kantoor in Westminster werkte, woonde hij bij een andere oom, Robert Grahame, in Fulham, sloot zich aan bij de London Scottish Volunteers en werd, nadat hij Frederick James Furnivall in een restaurant in Soho had ontmoet, lid van de New Shakespeare Society.
Op 1 januari 1879, op negentienjarige leeftijd, trad Grahame in dienst bij de Bank of England in Threadneedle Street in de City of London als "gentleman clerk". Hij zou bijna dertig jaar bij de bank blijven en zich opwerken tot de jongste secretaris (een van de drie hoogste functionarissen van de bank) op negenendertigjarige leeftijd. Bij het toelatingsexamen voor klerk had Grahame de hoogste cijfers van zijn aanstelling gehaald en werd hij de enige kandidaat die 100 procent scoorde voor het Engelse essay. Om dichter bij zijn werk te zijn, nam Grahame een kamer in Bloomsbury Street, die hij later deelde met zijn broer Roland, die ook bij de bank werkte. In 1882 verhuisde hij naar een appartement in Chelsea, waar hij alleen woonde en de veerboot naar zijn werk nam. In 1884 werd hij vrijwilliger bij Toynbee Hall, waar hij werkte met verarmde jongeren uit het East End van Londen. De zomervakanties bracht hij met zijn zus Helen door in Cornwall en Italië, beide plaatsen die zijn hele leven favoriete bestemmingen zouden blijven.
Grahames werk bij de Bank liet hem tijd om zijn literaire interesses na te streven. Hij had zijn gedachten in proza en poëzie opgeschreven in een bankboek, maar pas in 1887 begon hij verhalen en essays in te sturen naar tijdschriften. Zijn eerste gepubliceerde stuk verscheen in december 1888 in St. James's Gazette. Hij werd vervolgens door de redacteur, de dichter William Ernest Henley, uitgenodigd om een vaste medewerker te worden van de National Observer, die hem probeerde over te halen zijn baan bij de Bank op te geven en fulltime schrijver te worden. In 1893 moedigde hij Grahame aan om een verzameling van zijn korte verhalen en essays naar John Lane bij uitgeverij The Bodley Head te sturen. De verzameling werd gepubliceerd onder de titel Pagan Papers en met illustraties van Aubrey Beardsley en werd goed ontvangen door critici. Grahame was nu een veelgevraagd schrijver en werd een vaste medewerker van het tijdschrift The Bodley Head, The Yellow Book. In 1894 sloot Grahame een huurcontract af voor een huis in de Kensington Crescent (nu gesloopt) in Kensington, dat hij deelde met een andere schrijver, Tom Greg, tot diens huwelijk, en huishoudster Sarah Bath.
The Golden Age , gepubliceerd in 1895, was een verzameling verhalen over vier kinderen die werden opgevoed door tantes en ooms die bekend stonden als de Olympians. Sommige hoofdstukken waren al gepubliceerd in Pagan Papers, terwijl de meeste verschenen in de National Observer en andere tijdschriften. Het boek maakte Grahame beroemd en vestigde hem als een vooraanstaande autoriteit op het gebied van de kindertijd. De dichter Algernon Swinburne zei dat het boek "bijna te prijzen was voor lof". Een vervolg, Dream Days, volgde in 1898, het jaar dat Grahame werd benoemd tot secretaris van de Bank of England. Dream Days bevatte verhalen die de afgelopen vier jaar in tijdschriften waren gepubliceerd; een nieuw verhaal was The Reluctant Dragon.
In 1897 ontmoette Grahame Elspeth (Elsie) Thomson, de dochter van Robert William Thomson en de zus van Courtauld Thomson. Elsie had een roman geschreven, evenals toneelstukken en gedichten. Nadat ze beide ouders had verloren, woonde ze in Onslow Square met haar stiefvader John Fletcher Moulton, die parlementslid van de Liberale Partij was. Grahame en Elsie trouwden op 22 juli 1899 in de kerk van St Fimbarrus, Fowey, Cornwall. Grahame was herstellende van een longontsteking met zijn vriend Arthur Quiller Couch en familie in Fowey. De getuige op de bruiloft was Grahames neef, de schrijver Anthony Hope. Grahames zus, Helen, keurde het huwelijk af, denkend dat het paar temperamentvol niet bij elkaar paste, en de broer en zus raakten van elkaar vervreemd. Het echtpaar vestigde zich in Durham Villas (nu Phillimore Place ) in Kensington, waar hun enige kind, Alastair (bijgenaamd Muis), in 1900 te vroeg werd geboren met een aangeboren staar waardoor hij aan één oog blind werd. Grahame vertelde zijn zoon voor het slapengaan verhalen over een mol, een bever en een waterrat, en de brieven die hij schreef toen Alastair in 1907 met zijn kindermeisje op vakantie was in Littlehampton terwijl zijn ouders in Falmouth, Cornwall waren, bevatten verhalen over een pad. Deze verhalen over dieren worden gezien als de bron voor The Wind in the Willows.
In 1903 ontsnapte Grahame ternauwernood toen een man de Bank of England binnenkwam en drie keer met een revolver op hem schoot, maar telkens miste. De man, George Frederick Robinson, werd overmeesterd en gearresteerd. Na een proces in de Old Bailey, waar hij schuldig maar krankzinnig werd bevonden, werd hij naar het Broadmoor Hospital gebracht. Grahame herstelde nooit helemaal van het trauma en het kan hebben bijgedragen aan zijn vervroegde pensionering bij de Bank. Grahame ging in 1908 op negenenveertigjarige leeftijd met pensioen bij de Bank, ogenschijnlijk vanwege een slechte gezondheid. In zijn ontslagbrief stelde Grahame dat zijn gezondheid werd beïnvloed door zijn werk. Een andere verklaring voor Grahames pensionering werd geboden door een voormalige collega, W. Marston Acres, die in 1950 schreef dat Grahames wrok over de intimiderende manier waarop een directeur zich gedroeg tijdens een discussie over officiële zaken hem ertoe aanzette de directeur ervan te beschuldigen "geen gentleman" te zijn. Marston Acres geloofde dat de betreffende directeur Walter Cunliffe was, die later gouverneur van de Bank of England zou worden. Bij zijn vertrek bij de Bank werd Grahame een jaarlijks pensioen van £ 400 toegekend, hoewel hij £ 710 had kunnen verwachten. In 1906 had hij een huurcontract afgesloten voor een huis genaamd Mayfield (later Herries Preparatory School) in Cookham Dean, dichtbij de plek waar hij was opgegroeid.
De Wind in de Wilgen werd gepubliceerd in 1908, vier maanden na het ontslag van de auteur bij de Bank. Aanvankelijk afgewezen door Everybody's Magazine in de Verenigde Staten en door Grahames vaste uitgeverij, Bodley Head, werd het boek uiteindelijk in het Verenigd Koninkrijk uitgegeven door Methuen, met een Amerikaanse editie uitgebracht door Scribner. De recensies waren over het algemeen ongunstig; een recensent in The Times schreef: "Volwassen lezers zullen het monsterlijk en ongrijpbaar vinden, kinderen zullen tevergeefs hopen op meer plezier". Een zeldzame positieve recensie verscheen in Vanity Fair, waar Richard Middleton schreef dat het "het beste boek ooit geschreven voor kinderen en een van de beste geschreven voor volwassenen" was. Het boek verkocht goed en bleef goed verkopen, en bereikte in 1951 honderd edities in het Verenigd Koninkrijk. In 1910 verhuisden de Grahames van Cookham Dean naar een boerderij, Boham's, in het dorp Blewbury nabij Oxford.
Grahames zoon Alastair floreerde op The Old Malthouse School, maar had daarna korte en minder gelukkige ervaringen op de Rugby School en Eton College voordat hij lessen kreeg van een privéleraar om zich voor te bereiden op de Universiteit van Oxford. Tijdens de Eerste Wereldoorlog deed Grahame oorlogswerk in het dorp en zette hij een fabriek op voor chirurgische benodigdheden, terwijl Alastair werd afgewezen voor actieve dienst, waarschijnlijk vanwege zijn slechte gezichtsvermogen, en in 1918 naar Christ Church in Oxford ging. Op 7 mei 1920 werd Alastairs lichaam gevonden op de spoorlijn nabij een spoorwegovergang in Oxford. Hoewel de jury bij het onderzoek oordeelde dat het om een accidentele dood ging, bleven er geruchten over zelfmoord bestaan. Hij werd begraven op Holywell Cemetery in Oxford op 12 mei 1920, zijn twintigste verjaardag.
Na de dood van hun zoon gingen Grahame en Elsie naar Italië en brachten daar enkele jaren door met reizen. Toen ze terugkeerden naar Engeland, vestigden ze zich in Church Cottage in het dorp Pangbourne
Overleden te Pangbourne, Berkshire aan een hersenbloeding. Hij werd begraven in de kerk van St. James the Less in Pangbourne, waarna zijn lichaam later werd overgebracht naar de begraafplaats van Holywell om begraven te worden bij Alastair. Grahames neef, Anthony Hope, schreef zijn grafschrift: "Ter nagedachtenis aan Kenneth Grahame, echtgenoot van Elspeth en vader van Alastair, die op 6 juli 1932 de rivier overstak en via hem de meest gezegende jeugd en literatuur voor altijd naliet." Elsie overleefde hem met veertien jaar. Grahame vermaakte de royalty's van zijn werken aan de Bodleian Library, waar ook zijn archief bewaard wordt.