Agnès Bihl est issue d'une famille d'intellectuels : son père, Luc Bihl (1938-1997), est avocat (spécialiste du droit de consommation) et écrivain sous le nom de Luc Willette. Avec un arrière-grand-père cofondateur, avec Salis, du cabaret Le Chat noir et une grand-mère peintre, elle s'intéresse dès le plus jeune âge à toutes les formes artistiques, notamment à l'écriture et au théâtre. Étudiante, elle enchaîne les petits boulots dans les bars jusqu'à ce qu'un de ses amis accordéoniste déclenche sa vocation en l'emmenant voir Allain Leprest, à la Folie en tête (cabaret parisien).
S'inspirant de Brel, Brassens, Renaud et Anne Sylvestre, Agnès Bihl apprécie beaucoup la chanson française « à texte ». Elle décide de chanter la réalité à travers {{quoi}} où se mêlent poésie, humour et militantisme. Féministe, elle passe au vitriol les commando anti-interruption volontaire de grossesse (IVG), fustige ce qu'elle appelle les « pétasses » et aborde certains thèmes difficiles comme le viol, se sentant proche et admirative des textes engagés de la chanteuse québécoise Lynda Lemay.
Elle fait ses débuts au Limonaire en 1998, puis dans d'autres petites salles accompagnée de quatre musiciens (piano, batterie, contrebasse, violoncelle) où quelques fleurons de cette chanson française qu'elle aime tant la découvrent, explosant sur scène avec sa robe à pois. Ainsi, Anne Sylvestre, Allain Leprest, Dikès, Thomas Fersen l’invitent en première partie de leurs spectacles. Sa rencontre avec Giovanni Mirabassi, grand pianiste de jazz, donne naissance à son premier album, La Terre est blonde, auto-produit, en {{date}}.
Son deuxième album Merci Maman Merci Papa, produit par Gérard Davoust (notamment découvreur de Renaud et Lynda Lemay), est sorti chez Naïve le 25 août 2005.
Son troisième album Demandez le programme paraît le 9 novembre 2007 chez L'Autre Distribution.
Invitée par Charles Aznavour, elle l'accompagne durant sa tournée pour faire sa première partie entre octobre et décembre 2007. L'événement est marquant, car il n'avait pas pris de première partie depuis plus de 30 ans. Puisqu'elle ne laisse jamais indifférent, elle vendra plus de 5000 disques uniquement sur les 45 dates de cette tournée.
En 2009, elle rencontre Dorothée Daniel, pianiste compositrice, et Didier Grebot (metteur en scène et réalisateur d'Yves Jamait) avec qui elle enregistre son {{4e}} album Rêve Général(e) entre juin et septembre 2009. Plus optimiste, elle dit elle-même que « C’était un challenge : je sais écrire des choses dures, je sais faire mal, mais est-ce que je peux écrire sur le bonheur d’exister ? ». Sur cet album, on remarque notamment les participations de Grand Corps Malade, Alexis HK et Didier Lockwood.
L'album paraît le {{date}} et donne lieu à une tournée sur toute la saison 2010/2011 qui débute à l'Européen, sa salle fétiche, du 10 au 13 février 2010. Le disque est très bien accueilli par la critique et par le public. Son engagement moderne et son discours simplement et profondément humaniste lui valent d'être l'invitée plateau de l'émission Ce soir (ou jamais !) de France 3 sur le thème de « la gauche aujourd'hui » et de participer à des événements militants majeurs comme la Fête de l'Humanité ou le concert Rock Sans Papier à Bercy en septembre 2010.
Le {{date}}, paraît le tome II de la bande dessinée En chemin elle rencontre… copubliée par des Ronds dans l'O et Amnesty International, dans laquelle sa chanson Touche pas à mon corps est mise en dessins.
Le 2 avril 2011, Agnès Bihl signe le « nouveau manifeste des féministes » paru dans Libération, 40 ans après l’appel des « 343 », afin de souligner les inégalités d’aujourd’hui.
À l'automne 2011, et en préparation de son prochain album prévu pour 2013, Agnès Bihl présente ses nouvelles chansons dans le cadre intimiste du Zèbre de Belleville à Paris et sort une édition limitée de l'album Rêve Général(e) comprenant un CD bonus avec 5 titres live dont 3 inédits. En parallèle de son actualité scénique et discographique, elle poursuit ses engagements auprès d'Amnesty International en offrant un texte pour le Marathon des Signatures. Elle s'investit également dans le comité de campagne du Front de Gauche et participe au concert de soutien de la Ligue des Droits de l'homme le 10 décembre 2011.
En 2012, création d'un spectacle commun avec Anne Sylvestre (Carré de dames, mélange des répertoires des deux artistes orchestré pour deux pianos par Dorothée Daniel et Nathalie Miravette) qui est présenté en avant-première le 15 mai lors du festival Alors…Chante! De Montauban. Écriture et production de son premier livre-CD pour enfants : L'Inspecteur Cats, sorti le 10 octobre chez Actes Sud Junior, coup de cœur de l'Académie Charles-Cros.
Le 14 octobre 2013 parution de l'album 36 heures de la vie d'une femme (parce que 24, c'est pas assez) accompagné d'un livre du même nom publié par les Éditions Don Quichotte dans lequel Agnès Bihl adapte chacune des chansons de son album sous forme de nouvelle.
Le 12 mars 2015 elle publie son premier roman "La vie rêvée des autres".