Rosa Obermayer wurde in Wien in eine kinderreiche Familie geboren. Ihr Vater war Besitzer eines bekannten Gasthauses, des Winterbierhaus. Eine höhere Bildung blieb ihr versagt, obwohl sie sich unter anderem für Philosophie interessierte. Sie besuchte Privatmädcheninstitute. Mit Erlaubnis ihres Vaters nahm sie an den Griechisch- und Lateinstunden ihrer Brüder teil. Schon früh widersetzte sie sich also den Beschränkungen, die dem weiblichen Geschlecht in Bezug auf Bildung auferlegt wurden. 1881 heiratete sie den Architekten Karl Mayreder, die Ehe blieb kinderlos.

Ihren beruflichen Weg begann sie als Malerin, wodurch sie der Öffentlichkeit bekannt wurde. Eine Tatsache, die heute fast schon in Vergessenheit geraten ist. Ihre Bilder wurden in Dresden, Berlin, Wien - 1891 im Wiener Künstlerhaus - und in Chicago bei der Weltausstellung gezeigt. 1897 gründete sie gemeinsam mit anderen Malerinnen die Kunstschule für Frauen und Mädchen (später: Wiener Frauenakademie und Schule für freie und angewandte Kunst), um Frauen und Mädchen eine kunstgewerbliche Ausbildung zu ermöglichen.

Rosa Mayreder beschäftigte sich mit der Frauenfrage einerseits als Aktivistin der Frauenbewegung und andererseits als Schriftstellerin und Publizistin in ihren Essays, Aufsätzen und Zeitungsartikeln. Sie gilt (heute) als wichtige Vertreterin des linken Flügels der bürgerlichen Frauenbewegung. Seit 1888 stand sie in Verbindung zum Kreis um Marie Lang. Ihre erste öffentliche Rede hielt sie 1894 im alten Wiener Rathaus zum Thema Prostitution. Sie gehörte zu den Mitbegründerinnen des Allgemeinen Österreichischen Frauenvereins, dessen Vizepräsidentin sie von 1893 bis 1903 war. Gemeinsam mit Auguste Fickert und Marie Lang gab sie ab 1899 die Zeitschrift "Dokumente der Frauen" heraus. Während des Ersten Weltkriegs begann sie sich in der internationalen Frauenfriedensbewegung zu engagieren. 1921 gehörte sie zu den Gründerinnen des österreichischen Zweigs der Internationalen Frauenliga für Frieden und Freiheit und anlässlich des Wiener Kongresses der Internationalen Frauenliga für Frieden und Freiheit 1921 veröffentlichte sie die Broschüre „Die Frau und der Internationalismus". Darüber hinaus war sie in einer Reihe weiterer Vereine aktiv.

Mit ihren beiden Essaybänden "Zur Kritik der Weiblichkeit" (1905) und "Geschlecht und Kultur" (1923) gehört sie zu den wichtigsten Theoretikerinnen der ersten österreichischen Frauenbewegung. Sie beteiligte sich damit an den zeitgenössischen Debatten zur Frauenfrage und Emanzipation, zu denen sie ihre Konzepte und Theorien entwickelte. In ihren Analysen setzte sie sich mit Fragen der Geschlechterbeziehungen und dem Zusammenhang zwischen Macht und Sexualität auseinander. Sie kritisierte darin die Diskriminierung der Frauen und wendete sich gegen die bestehende bürgerliche Doppelmoral, die unterschiedliche Moralkodizes für Männer und Frauen vorsah. Rosa Mayreder hinterließ ein umfangreiches schriftstellerisches Werk. Neben Essays schrieb sie Novellen, Erzählungen, Gedichte und Libretti, außerdem publizierte sie zahlreiche Artikel in der Frauen- und Tagespresse.

Heute erfährt Rosa Mayreder durch ihre zahlreichen Schriften eine breite Rezeption und gehört dadurch zu den bekanntesten Akteurinnen der ersten Frauenbewegung in Österreich. Dazu beigetragen hat eine Ausstellung über sie im Historischen Museum der Stadt Wien im Jahr 1989 zum Thema "Aufbruch in das Jahrhundert der Frau? Rosa Mayreder und der Feminismus um 1900". Weiters erschienen 60 Jahre nach ihrem Tod 1998 ihre Jugenderinnerungen aus ihrem Nachlass. Nach ihr benannt wurde das 1999 gegründete Rosa Mayreder College in Wien, das sich der feministischen Bildungsarbeit widmet. Im 4. Wiener Gemeindebezirk gibt es seit 2005 den Rosa-Mayreder-Park und im 22. Bezirk eine Mayredergasse.