Nace en Dresde y se traslada a Bremen con 12 años. Estudia en Londres primero y después en Berlín, donde se une brevemente a la Sociedad de Mujeres Artistas. En su juventud viaja por Suiza y Noruega y en 1898 se integra en la comunidad de artistas que había fundado en Worpsede el pintor de paisajes Fritz Mackensen, con el deseo de trabajar en íntima comunión con la naturaleza. Dos años después está en París gracias a una beca y allí conoce la obra de Gauguin y Cézanne, bajo cuya influencia evoluciona hacia un estilo más esencial y despojado, alejado en cierto sentido del sentimentalismo idealizado de la comunidad de Worpsede. En 1901 se casa con el pintor Otto Modersohn, miembro de este grupo, adoptando su apellido desde entonces. Fue amiga de Rilke, a quien inmortalizó en un retrato y sus escritos se reunieron en el libro Briefe und Tagebüchblatter (Munich, 1921). Murió a los 31 años al dar a luz a su hija, hecho trágico y paradójico, ya que la maternidad había sido uno de sus temas más queridos. Su obra, llena de vigor y esencialidad, telúrica y primitivista, es una de las más originales del expresionismo alemán.