Hedwig Bleibtreu wurde am am 23. Dezember 1868 im österreichischen Linz als Tochter des Schauspielerehepaares Sigmund und Amalie Bleibtreu geboren. Schon als Vierjährige stand sie auf der Bühne des "Theaters an der Wien" und spielte die Rolle des kleinen "Pepi" in Ferdinand Raimunds Zaubermärchen "Der Verschwender". Später absolvierte sie die Schauspielschule des Wiener Konservatoriums und erhielt dann 1885 ein erstes Engagement am Augsburger Stadttheater. Weitere Verpflichtungen führten die junge Schauspielerin nach Brunn, Berlin, Kassel und München, 1892 kam sie an das Wiener "Karlstheater", ein Jahr später trat sie dann erstmals am berühmten Burgtheater auf und glänzte an der Seite ihres Vaters in Goethes "Egmont". Rasch avancierte sie zu einer bedeutenden Charakterdarstellerin, wurde anfangs mit Rollen der "Sentimentalen", später vor allem als "Tragödin" und "Heroine" in klassischen Rollen an der Seite der legendären Burgschauspieler Josef Kainz (1858 – 1910) und Friedrich Mitterwurzer (1844 – 1897) gefeiert.
Bereits 1898 wurde Hedwig Bleibtreu der Titel "Hofschauspielerin" verliehen, seit 1906 war sie Mitglied des Burgtheaters auf Lebenszeit.
Auch in damals modernen Stücken wie den Dramen von Gerhart Hauptmann oder den Bauerschwänken von Karl Schönherr zeigte sie ihre darstellerische Dominanz auf der Bühne, war in späteren Jahren auch in Komödien oder Lustspielen zu sehen und wurde im Alter als "Mutter der Burg" gefeiert. Ihren Abschied von der Bühne gab sie 1956 mit 88 Jahren in Charles Morgans Theaterstück "Unsichtbaren Ketten", drei Jahre zuvor hatte sie unter begeisternder Anteilnahme von Kollegen sowie des Wiener Publikums das seltene Jubiläum einer 60jährigen Zugehörigkeit zum Wiener Burgtheater feiern können.

Neben ihrer umfangreichen Arbeit für das Theater machte Hedwig Bleibtreu hin und wieder auch Ausflüge auf die Leinwand. So hatte man sie bereits 1919 in Joe Mays Stummfilm "Die Herrin der Welt 1. Teil – Die Freundin des gelben Mannes" sehen können, in den 30er Jahren stand sie für Filme wie Géza von Bolvárys "Das Lied ist aus" (1930) oder "Es flüstert die Liebe" (1935) sowie Hans Steinhoffs "Scampolo – ein Kind der Straße" (1932) vor der Kamera. Meist mimte sie hier Mütter oder Großmütter wie beispielsweise in Reinhold Schünzels "Das Mädchen Irene" (1936). In Erich Engels Shaw-Verfilmung "Pygmalion" (1935) sah man sie als Mrs. Higgins, in der Dostojewski-Adaption "Der Spieler" war sie die alte Fürstin, in Carl Froelichs "Die ganz großen Torheiten" (1937) eine Gräfin und in "Hotel Sacher" (1939) die zigarrenrauchende Anna Sacher. Bis Ende der 40er Jahre erlebte man die Schauspielerin unter anderem in Filmen wie "Wunschkonzert" (1940), "Wiener Blut" (1942), "Der Engel mit der Posaune" (1948) oder "Wiener Mädeln" (1949). Auch in dem legendären Carol Reed-Thriller "Der dritte Mann" (1949) mit Orson Welles hatte sie eine kleine Rolle übernommen. Zu ihren letzten Arbeiten für den Film zählen 1952 Hans Wolffs Drama "Gefangene Seele" sowie Harald Reinls Melodram "Hinter Klostermauern".
Hedwig Bleibtreu, die in zweiter Ehe mit dem Schauspieler und Burgtheaterdirektor Max Paulsen verheiratet war, verstarb am 24. Januar 1958 wenige Wochen nach ihrem 89. Geburtstag in ihrer Wohnung in Pötzleinsdorf bei Wien; die Stadt Wien widmete ihrer großen Schauspielerin ein Ehrengrab auf dem dortigen Friedhof, wo Hedwig Bleibtreu an der Seite ihres zwei Jahre zuvor verstorbenen Mannes ihre letzte Ruhestätte fand.

Die Schauspielerin war seit 1928 Ehrenbürgerin von Wien und hatte im Verlaufe ihrer langen Karriere zahlreiche Ehrungen erhalten, so unter anderem 1930 den Burgtheater-Ring; sie war Ehrenmitglied des Burgtheaters und seit 1953 Trägerin des Bundesverdienstkreuzes. Ein Jahr später hatte man ihr das Ehrenzeichen für "Verdienste um die österreichische Republik" verliehen.