Lise Meitner se narodila 7. listopadu 1878 ve Vídni v Rakousku. Jako třetí z osmi dětí židovské rodiny nastoupila v roce 1901 na Vídeňskou univerzitu, kde studovala fyziku u Ludwiga Boltzmanna. Po získání doktorátu v roce 1906 odešla v roce 1907 do Berlína, kde studovala u Maxe Plancka a chemika Otto Hahna. S Hahnem spolupracovala 30 let, každý z nich vedl jednu sekci v berlínském Ústavu císaře Viléma pro chemii. Hahn a Meitnerová úzce spolupracovali při studiu radioaktivity, přičemž ona měla znalosti z fyziky a on z chemie. V roce 1918 objevili prvek protaktinium.

V roce 1923 Meitnerová objevila bezradiační přechod známý jako Augerův jev, který je pojmenován po Pierru Victoru Augerovi, francouzském vědci, který tento jev objevil o dva roky později.

Po anexi Rakouska Německem v roce 1938 byla Meitnerová nucena uprchnout z Německa do Švédska. Pokračovala ve své práci v institutu Manne Siegbahna ve Stockholmu, ale s malou podporou, částečně kvůli Siegbahnovým předsudkům vůči ženám ve vědě. Hahn a Meitnerová se v listopadu tajně sešli v Kodani, aby naplánovali nové kolo experimentů. Pokusy, které poskytly důkazy o jaderném štěpení, byly provedeny v Hahnově laboratoři v Berlíně a zveřejněny v lednu 1939. V únoru 1939 Meitnerová zveřejnila fyzikální vysvětlení těchto pozorování a spolu se svým synovcem, fyzikem Otto Frischem, pojmenovala tento proces jaderným štěpením. Tento objev vedl ostatní vědce k tomu, že Albert Einstein napsal prezidentu Franklinu D. Rooseveltovi varovný dopis, který vedl k projektu Manhattan.

V roce 1944 byla Hahnovi za jeho výzkum štěpení udělena Nobelova cena za chemii, ale Meitnerová byla ignorována, částečně proto, že Hahn její roli bagatelizoval od doby, kdy opustila Německo. Nikdy neuznaná Nobelova chyba byla částečně napravena v roce 1966, kdy byla Hahnovi, Meitnerové a Strassmanovi udělena Cena Enrica Fermiho. Při návštěvě USA v roce 1946 se jí v americkém tisku dostalo naprosté celebrity, jako někomu, kdo „opustil Německo s bombou v kabelce“.

Meitnerová odešla v roce 1960 na odpočinek do Cambridge v Anglii, kde 27. října zemřela. V roce 1992 byl na její počest pojmenován prvek 109, nejtěžší známý prvek ve vesmíru, Meitnerium (Mt). Mnozí považují Lise Meitnerovou za „nejvýznamnější vědkyni 20. století“

.