徳島県名西郡石井町出身。徳島県立城北高等学校から青山学院大学法学部へ進む。大学卒業後、1980年に四国放送へ入社。大学在学中は落語研究会に所属、今でもその話し振りが評判となっている。青山学院大学落語研究会の後輩に讀賣テレビ放送（読売テレビ）情報スポーツ局情報番組センター次長の森武史がいる。入社したその年に『あんたがたいしょう』がスタート、同番組のパーソナリティとなり、2008年の番組終了まで出演。この一方で、朝ワイド『えんやこらワイド』のパーソナリティも1991年4月まで務め、若者リスナーと主婦を主としたリスナーを一緒に相手としていた。月刊誌『ラジオパラダイス』のパーソナリティ人気投票では、最高で6位（1987年10月号、共演の佐藤旬子と同順位・同票数）になったことがある。佐藤旬子とともに、ダイドードリンコの阿波弁対応おしゃべり自動販売機の声を担当したことがある。2015年11月30日付で四国放送を退職し、2016年3月27日執行の徳島市長選挙に立候補を表明。徳島市長選挙では現職（第36代）市長の原秀樹らを下して初当選を果たす。2016年4月18日付で徳島市長に就任し、同日市役所へ初登庁した。
1999年頃、芳文社『まんがタイムナチュラル』に掲載された『ドラマな毎日』にて4コマ漫画家として本格的に活動開始。以降、主に芳文社、竹書房、双葉社などの4コマ漫画雑誌にて執筆活動をしている。作風としては、代表作である『貴美tallest』や『マルビプリンセス園華サマ』の主人公のように、何らかのコンプレックスや欠点を持つ主人公が織り成すドタバタ劇や、異性との恋愛を通しての成長などを描く作品が多い。
1131年（天会9年）に招遠県が成立した。地名は土地を捨てて流浪していた人々を集め入植させたことに由来する。1991年12月21日に県級市に昇格し現在に至る。
1955年、岡山市生まれ。幼少期にC・S・ルイスの子ども向けファンタジー『ナルニア国物語』シリーズ最終巻『さいごの戦い』を読み、「敵も味方ももろともに暗い世界へと崩壊していくイメージ」に大きな衝撃を受ける（山尾は『ナルニア国物語』は別だが、ファンタジー読者ではないと述べている）。地元の同級生にヤングアダルト評論・翻訳家の金原瑞人がいる。岡山県立岡山操山高等学校に進学。高校までは泉鏡花、谷崎潤一郎、岡本かの子などの全集を読んだ。同志社大学文学部国文科に進学。同大学の図書館で『澁澤龍彦集成』（桃源社）を手に取り、異端文学に興味を持つようになる。「黒と緑で装丁された箱も内容も衝撃的だった。シュールレアリスムの画家デルボーら何もかも教えられた」という。塚本邦雄は、貧乏学生時代に食費を削って次々刊行される豪華本新刊を購入するほど熱烈なファンだった。詩人の高橋睦郎の影響も受ける。専攻は谷崎潤一郎と泉鏡花で迷い、鉛筆を倒して鏡花に決めた。大学在学中の1973年に「仮面舞踏会」を『S-Fマガジン』（早川書房）のSF三大コンテスト小説部門（のちのハヤカワ・SFコンテスト）に応募して選外優秀作に選ばれ、1975年11月号の「女流作家特集」で掲載され20歳でデビューした。その後、山陽放送に勤務しテレビ制作部で美術を担当するかたわら、『S-Fマガジン』、『奇想天外』（奇想天外社）、『SFアドベンチャー』（徳間書店）、『小説ジュニア』（集英社）などの雑誌に 作品を発表。日本ＳＦ作家クラブのメンバーとして小松左京、星新一、筒井康隆、手塚治虫、永井豪らに刺激を受け、小松から「みずみずしく、深みのあるSF感覚」と高く評価された。山尾作品はSFよりむしろ伝統的な幻想小説といった趣であったが、作家の野阿梓いわく、当時の文学には山尾のような作品を受け入れる媒体はなかったようである。SFというジャンルでは架空世界を描く幻想小説を拒む編集者もいたため、山尾は「私の小説はSFでは場違いではないか、現代詩から出発していればと思っていた」と述べている。1979年に退職して執筆に専念し、1980年には書き下ろしの長編第1作『仮面物語』を上梓、若いころから短歌も作っており、1982年には唯一の歌集『角砂糖の日』を刊行、1985年以降は作品発表が途絶え、徐々に伝説的な作家と見なされていく。結婚・子育てがあり、本人曰く十数年の沈黙期間は意図的なものではなく、結果的にそうなったのだという。十数年の休止期間を経て、1999年に『幻想文学』第54号（アトリエOCTA）に「アンヌンツィアツィオーネ」を発表して復活。インターネットの読書系サイトで熱烈な支持を集め、これが一つの原動力となり、2000年に、単行本未収録作も含む当時までの作品を集めた『山尾悠子作品集成』が国書刊行会から刊行。解題は石堂藍。山尾はインターネットについて、自分の作品が誰かのことろにちゃんと届いていたのだと初めて分かり、感動したと述べている。2003年9月には2作目の書き下ろし長編『ラピスラズリ』を発表した。2004年には金原瑞人らと、ジェフリー・フォード（Jeffrey Ford）『白い果実』（Physiognomy）を翻訳している。2018年発表の『飛ぶ孔雀』で第46回泉鏡花文学賞、第39回日本SF大賞、第69回芸術選奨文部科学大臣賞（文学部門）を受賞した。2018年時点で、岡山県都窪郡に在住している。