ילידת וינה. בגיל שלושים ואחת כבר היתה פיזיקאית מפורסמת, ועברה לברלין לערוך – יחד עם הכימאי הנודע אוטו האן – מחקר בחומרים רדיואקטיביים. בשנת 1926 נתמנתה לפרופסור באוניברסיטת ברלין – מהנשים הראשונות שהגיעו לעמדה זו. יותר מעשרים שנים נשארה בברלין, ועמדה בראש המחלקה לפיזיקה.
אחרי סיפוחה של אוסטריה אל גרמניה הנאצית (מרץ 1938) גלתה מייטנר אל לשבדיה והצטרפה למכון נובל בשטוקהולם. קשריה עם האן לא ניתקו. במכתב ששלח אליה תיאר את תגליתו (שלו ושל פריץ שטרסמן), שכשאטום אורניום מופרד על ידי ניוטרון, נוצר אטום של באריום. מייטנר דנה בתגלית עם אחיינה, אוטו פריש, שעבד עם נילס בור בדנמרק. השניים עמדו על חשיבותה הכבירה של התגלית, שבעת ביקוע (כך כינה את התהליך פריש) אטום של אורניום לשניים, משתחררת כמות גדולה של אנרגיה.
ב- 1945 ביקרה ליזה מייטנר בארצות הברית, אבל שבה לשבדיה וקיבלה אזרחות שבדית ב- 1949. אחרי פרישתה לגימלאות עזבה לקיימברידג' באנגליה, ושם נפטרה.