Née le 4 décembre 1955 à Jackson dans le Mississippi, Cassandra Wilson est la fille d'un professeur de musique de jazz et d'une institutrice fan de la Tamla Motown. Au piano dès l'âge de six ans, la jeune fille fait ensuite l'apprentissage de la clarinette et de la guitare en autodidacte.
Etudiante en communication, elle chante le soir dans les clubs et s'installe à La Nouvelle-Orléans en 1981. Elle rejoint ensuite New York où elle prend des leçons de chant et rencontre des jazzmen qui la guident dans le répertoire du jazz. Membre du collectif de musiciens M-Base, Cassandra Wilson participe régulièrement aux albums de son associé, le saxophoniste Steve Coleman, de Motherland Pulse (1985) à Drop Kick (1992).
En 1986, la chanteuse se produit au sein du groupe New Air aux côtés du saxophoniste d'avant-garde Henry Threadgill. La même année, elle sort son premier album solo Point of View sur le label allemand JMT. Les albums suivants pour le même label, Days Aweigh (1987), Blue Skies (album de reprises, 1988), Jumpworld (1990) et She Who Weeps (1991) portent son empreinte de compositrice et son expérience avec M-Base, mais ne dépassent guère le cadre des initiés.
Son engagement par le label Blue Note réoriente la carrière de Cassandra Wilson en direction d'un public plus large. Le bluesy Blue Light 'Til Dawn sorti en 1993 reçoit un accueil varié mais fait actuellement figure de classique. Avec un répertoire s'étendant de reprises country blues à ses propres compositions de jazz contemporain en passant par la soul, la pop et la world, chaque album de Cassandra Wilson est une nouvelle expérience enrichissante et un exercice de réinterprétation des canons du jazz.
En 1996, l'album New Moon Daughter lui apporte son premier Grammy Award. L'année suivante, la chanteuse accompagne Wynton Marsalis en tournée et entre en studio s'approprier le répertoire de Miles Davis dans Traveling Miles (1999), après quelques concerts préparatoires au Lincoln Center. En 2000, Cassandra Wilson se marie à l'acteur ivoirien Isaac de Bankolé qui la dirige dans le documentaire de son dernier album.
Les opus suivants, Belly of the Sun (2002) et Glamoured (2003) alternent un répertoire roots et ses titres originaux, tandis que Thunderbird (2006) et Loverly (2008 sont exclusivement constitués de reprises, l'un blues et l'autre jazz. En 2009, Closer to You: The Pop Side réunit ses meilleurs et plus accessibles moments.
Précurseur de la nouvelle génération de chanteuses jazz pop, de Diana Krall à Melody Gardot, Cassandra Wilson possède en outre une solide exigence artistique faisant souvent défaut à ses consoeurs. Si son dix-septième album Silver Pony publié en avril 2010 est la suite de Loverly et est constitué de reprises de Billie Holiday, Charley Patton, Stevie Wonder et The Beatles, le suivant Another Country, paru à l'été 2012, est tout différent. Désormais hébergée chez Sony après la période Blue Note (EMI), Cassandra Wilson retrouve l'inspiration pour un répertoire original porté par le titre-phare « Red Guitar ». En 2015, Coming Forth by Day rend hommage à Billie Holiday à travers son répertoire et un titre inédit, « Last Song ». L'album est produit par Nick Launay (Nick Cave & the Bad Seeds) et T-Bone Burnett.
