Heller Ágnes 1929-ben Budapesten született zsidó polgári családban. Ügyvéd édesapjától – aki születésekor állítólag azt mondta, szeretné, ha a lánya filozófus vagy zeneszerző lenne – tanulta a könyvek, az irodalom szeretetét. A második világháború idején a szigorodó zsidótörvények ellehetetlenítették a család életét, a deportálás elől Heller Ágnesnek sikerült megszöknie. A háború után leérettségizett, majd a pesti egyetem magyar-filozófia szakán tanult tovább. 1951-ben megszerezte a diplomáját.

1955-ben lett a filozófiai tudományok kandidátusa, 1967-ben doktori fokozatot szerzett. 1947-ben lépett be a kommunista pártba, de később kizárták. 1953-tól 1958-ig volt ismét az állampárt tagja. Ebben az évben 1956-os szerepvállalása miatt fegyelmivel elküldték az egyetemről, öt évig gimnáziumban tanított, írásai nem jelenhettek meg, útlevelet nem kaphatott. 1963-tól az MTA Szociológia Kutatócsoportjának munkatársaként filozófiai kérdésekkel foglalkozott. 1968-ban aláírta a csehszlovákiai bevonulás elleni tiltakozást, emiatt ismét „parkolópályára” tették. 1973-ban az MSZMP Politikai Bizottsága határozatában Heller filozófiai nézeteit is antimarxistának nyilvánította, ezután négy évig „politikai munkanélküliként” fordításokból élt.

1977-ben második férjével, a szintén filozófus Fehér Ferenccel elhagyta az országot, és előbb Melbourne-ben, a La Trobe Egyetemen tanított, majd 1986-tól a New York-i Új Társadalomtudományi Főiskola professzora lett. 1989-ben hazatért, 1995-től a szegedi JATE filozófiai és a budapesti ELTE esztétikai tanszékének egyetemi tanára volt, és tanított New Yorkban is. 1999-ben nyugdíjba vonult, 2010-től professor emeritaként ismét tanított az ELTE Esztétika Tanszékén. 1990-től az MTA levelező, 1995 óta rendes tagja volt.

Heller Ágnes műveinek nagy részét az 1994-ben elhunyt Fehér Ferenccel közösen publikálta. Fő kutatási területe az etika és a történetfilozófia volt. Pályája kezdetén munkáit a marxizmus és az újbaloldali gondolkodás jellemezte, később inkább posztmodern szempontból értelmezte az etikát és a modern világot, új megközelítési lehetőségeket kínált fontos társadalomelméleti problémák megoldásához. Magyarul megjelent munkái közül kiemelkedik A reneszánsz ember (1967), a Portrévázlatok az etika történetéből (1976), a Diktatúra a szükségletek felett (1979, Fehér Ferenccel és Márkus Györggyel), Az igazságosságon túl (1987), A történelem elmélete (2001), A „zsidókérdés” megoldhatatlansága (2004), Megtestesülés. Filozófiai esszék (2005), Trauma (2006), Ímhol vagyok. A Genezis könyvének filozófiai értelmezései (2006), Sámson (2007), A halhatatlan komédia (2007), New York-nosztalgia (2008), Filozófiám rövid története (2009), Kertész Imre. Négy töredék (2009), A mai történelmi regény (2010). Az önéletrajzi emlékezés filozófiája (2015) A filozófia rövid története gólyáknak (2016).

1998-ban Bicikliző majom címmel Kőbányai Jánossal közös műveként jelent meg interjú-önéletrajza, 2009-ben Rózsa Erzsébet monográfiát írt róla Se félelem, se keserűség címmel.
Heller Ágnes 1981-ben Lessing-, 1995-ben Széchenyi-, 1996-ban Hannah Arendt-díjat kapott, 2006-ban az európai kultúra kutatásában szerzett érdemeiért elnyerte a dán Sonning-díjat. 2008-ban Budapest díszpolgára lett, ebben az évben a dél-izraeli Beér-Seva város Ben Gurion Egyeteme díszdoktorává avatta, és megkapta a Karel Kramár emlékérmet is, mert negyven évvel korábban, 1968-ban tiltakozott a prágai tavasz leverése, Csehszlovákia megszállása ellen. 2010-ben Goethe-érmet kapott, 2012-ben a németországi Oldenburg városa a Carl von Ossietzky-díjat adományozta neki, az olaszországi Primo Levi Kulturális Központ pedig neki ítélte a Primo Levi 2012 nemzetközi díjat. 2014-ben a Magyar Ellenállók és Antifasiszták Szövetsége Radnóti-díjjal tüntette ki.