Хедвиг Ева Мария Кислер родилась 9 ноября 1914 года в Вене и была единственным ребёнком управляющего банком Эмиля Кислера (1880—1935), родом из Львова, и его жены Гертруды Кислер (дев. Лихтвиц; 1894—1977), пианистки из богатой будапештской еврейской семьи.
В шестнадцать лет Хедвига ушла из дома, поступила в театральную школу и начала сниматься в кино, дебютировав в немецко-австрийском фильме «Деньги на улице» (1930). В том же году актриса была приглашена в Берлин Максом Рейнхардтом. Мировую известность ей принёс чехословацко-австрийский фильм Густава Махаты «Экстаз» (1933, роль Евы). Десятиминутная сцена купания обнажённой девушки в лесном озере, вполне невинная по меркам XXI века, в 1933 году вызвала бурю эмоций. Картину запретили к показу в ряде стран, с цензурными купюрами она была выпущена в прокат лишь через несколько лет. В том же году Хедвига вышла замуж за фабриканта оружия, австрийского миллионера Фрица Мандля, который впоследствии пытался выкупить из венского проката все копии фильма «Экстаз».
Летом 1937 года, после четырёх лет неудачного брака, Хедвига Мандль, сбежав от мужа в одежде своей горничной, отправилась из Лондона в Нью-Йорк на пароходе «Нормандия». Актрисе не пришлось обивать пороги в Голливуде — реакция на «Экстаз» была слишком громкой, чтобы его забыли кинематографисты. Прямо на «Нормандии» она подписала контракт с основателем студии MGM Луисом Майером. По его совету, чтобы не вызывать ненужных ассоциаций у пуритански настроенной публики США, Хедвига Кислер взяла псевдоним — Хеди Ламарр, который был заимствован у актрисы MGM Барбары ла Марр, прежней любимицы Майера, умершей в 1926 году от разрыва сердца на фоне злоупотребления наркотиками.
За свою голливудскую карьеру актриса сыграла в многих популярных фильмах. В общей сложности она заработала на киносъёмках тридцать миллионов долларов.
Хеди Ламарр была замужем шесть раз, имела троих детей.
В 1966 году пятидесятидвухлетняя актриса попыталась вернуться на экран, но этому помешала развёрнутая против неё травля. Имея резкий, неуживчивый характер и привычку откровенно высказывать нелестное мнение о Голливуде и его нравах, Хеди Ламарр нажила себе много влиятельных врагов. Однажды её обвинили в краже из магазина во Флориде туфель, стоивших менее ста долларов. И хотя суд отверг обвинение, пятно на её репутации от этого инцидента осталось надолго.
Помимо кино, Хеди Ламарр занималась изобретательской деятельностью. В 1942 году совместно с Джорджем Антейлом она запатентовала систему, позволяющую дистанционно управлять торпедами. Технология «прыгающих частот» была оценена лишь много лет спустя. День рождения актрисы — 9 ноября — назван Днём изобретателя в немецкоговорящих странах.
Толчком к изобретению послужило сообщение о потопленном 17 сентября 1940 года эвакуационном корабле, на котором погибло семьдесят семь детей. Незаурядные способности Ламарр в точных науках позволили ей воспроизвести многие технические детали разговоров об оружии, которые вёл её первый муж со своими коллегами. Желая дать своей стране военное преимущество, вместе со своим другом, авангардистским композитором Джорджем Антейлом, жившим неподалёку, Хеди Ламарр приступила к изобретению радиоуправляемой торпеды, которую нельзя будет перехватить или заглушить. Она поделилась с Антейлом очень важной идеей: если дистанционно сообщать координаты цели управляемой торпеде по одной частоте, то враг может легко перехватить сигнал, заглушить его или перенаправить торпеду на другую цель, а если использовать на передатчике случайный код, который будет менять канал передачи, то можно синхронизировать такие же частотные переходы и на приёмнике. Такая смена каналов связи гарантирует безопасную передачу информации. До того времени псевдослучайные коды использовались для шифровки информации, передаваемой по неменяющимся открытым каналам связи. Здесь же был сделан шаг вперёд: секретный ключ стал использоваться для быстрого изменения каналов передачи информации.
В августе 1942 года Ламарр и Антейл получили патент на изобретение «Системы секретной связи». Патент, сроком действия до 1955 года, описывает секретные системы связи, включающие передачу ложных каналов на разных частотах. Однако американский флот тогда отверг этот проект из-за сложности реализации; ограниченно использовать его начали лишь в 1962 году, и, таким образом, отчислений за него изобретатели не получили. Но спустя полвека этот патент лёг в основу связи с расширенным спектром, которая стала использоваться повсеместно, от мобильных телефонов до Wi-Fi.
В 1997 году Хеди Ламарр была официально награждена за своё изобретение, но актриса не присутствовала на церемонии и лишь передала аудиозапись своего приветственного слова.
В начале 2014 года Хеди Ламарр была внесена в Национальный зал славы изобретателей США.
Хеди Ламарр скончалась на восемьдесят шестом году жизни 19 января 2000 года в Кэсселберри (близ города Орландо во Флориде). Согласно завещанию прах актрисы был развеян на её родине в Австрии, в Венском Лесу.