Nació en Viena el 17 de noviembre de 1878 en el seno de una familia judía que se convirtió posteriormente al cristianismo. Estudió en las universidades de Viena, donde ingresó en 1901 y se doctoró en 1907, y en Berlín donde ingresó para seguir las clases de Max Planck y permaneció junto a Otto Hahn en una investigación que duró más de treinta años, con quien descubrió el protactinio en 1918. Fue profesora en el Instituto de Kaiser Wilhelm Universidad de Berlín desde 1926 hasta 1933. En 1938 abandonó Alemania y se unió al personal de investigación atómica del Instituto de Manne Siegbahnla Universidad de Estocolmo, en donde estableció contacto con su sobrino, Otto Frisch. Con la contribución de Meitner, Otto Hahn y Frisch produjeron el primer ejemplo de la Fisión nuclear. Es conocida por su investigación sobre la teoría atómica y la radiactividad, sin embargo, a pesar de allanar con su descubrimiento de la obtención del punto de fisión el camino a Otto Hahn, premio Nobel de Química, nunca fue reconocida como coautora por ser judía. Sin embargo, recibió un cierto reconocimiento por sus contribuciones a la física en 1966, cuando le concedieron el premio Enrique Fermi de Estados Unidos.

Sugirió la existencia de la reacción en cadena, con lo que contribuyó al desarrollo de la bomba atómica. En su honor se nombró Meitnerio al elemento químico 109.

Lise Meitner murió en Cambridge, el 27 de octubre de 1968, quedándonos de ella el descubrimiento del punto de fisión nuclear y su constante lucha por ser reconocida como científica y mujer.