ท่านผู้หญิงสุธาวัลย์ เสถียรไทย เกิดเมื่อวันที่ 24 กันยายน พ.ศ. 2501 เป็นธิดาเพียงคนเดียวของหม่อมหลวงทวีสันต์ ลดาวัลย์[3] อดีตองคมนตรี กับท่านผู้หญิงบุษบา สธนพงศ์ (ราชสกุลเดิม กิติยากร) พระขนิษฐาในสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง[4]

ท่านผู้หญิงสุธาวัลย์เริ่มศึกษาที่โรงเรียนสาธิตจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จนถึงชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 แล้วจึงย้ายมาเรียนที่โรงเรียนจิตรลดา จนจบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 ศึกษาระดับปริญญาตรีที่ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย หลังสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทด้านเศรษฐศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยทัฟทส์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ท่านผู้หญิงได้มาเป็นนักวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่สถาบันวิจัยเพื่อการพัฒนาประเทศไทย (TDRI) และได้รับทุนจากบริติช เคาน์ซิลไปศึกษาต่อระดับปริญญาเอกด้าน Land Economy ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ

ต่อมากลับมารับราชการเป็นอาจารย์ประจำคณะเศรษฐศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นรองผู้อำนวยการศูนย์เศรษฐศาสตร์นิเวศ เป็นหัวหน้าโครงการศึกษา มีผลงานวิจัยเรื่องผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมกรณีการสร้างเขื่อนแก่งเสือเต้น

ปัจจุบันลาออกจากราชการมาเป็นนักวิชาการอิสระ และก่อตั้งมูลนิธิสถาบันธรรมรัฐเพื่อการพัฒนาสังคมและสิ่งแวดล้อม เป็นองค์กรพัฒนาเอกชนด้านวิชาการที่มุ่งดำเนินการศึกษาและวิจัยโดยเน้นการมีส่วนร่วมของประชาชน เพื่อนำไปสู่การจัดการที่ดีและมีความเป็นธรรมต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม

ดร.ท่านผู้หญิงสุธาวัลย์ สมรสกับ ศาสตราจารย์ ดร.สุรเกียรติ์ เสถียรไทย เมื่อวันที่ 15 สิงหาคม พ.ศ. 2523 มีบุตรเพียงคนเดียว คือ ดร.สันติธาร เสถียรไทย