Hilla von Rebay wurde am 31. Mai 1890 als Tochter eines preußischen Offiziers in Straßburg geboren. Schon als Kind bekam sie privaten Musik- und Zeichenunterricht.
Ihre besondere Leidenschaft jedoch galt der darstellenden Kunst. 1908 studierte sie in Düsseldorf, wo sie eine besondere Begabung beim Porträtieren zeigte. Nach einem Jahr besuchte sie die Akademie Julian in Paris. Die folgenden Jahre – von 1909 bis 1914 – lernte sie verschiedene Kunstrichtungen kennen. Als sie 1913 nach Berlin kam, lernte sie die nicht- gegenständliche Kunst kennen und begeiesterte sich dafür.
Zunächst galt ihre Passion jedoch der Collage, die sie durch Hans Arp kennengelent hatte. Er war in Hilla verliebt und beeinflusste ihre Karriere maßgeblich. Seit den 20-ziger Jahren fertigte sie unzählige Collagen an, und es gelang ihr, sie bis zur höchsten Kunstfertigkeit zu perfektionieren. Die „plastic paintings“ – oder wie sie es nannte, die „geklebten Konstruktionen“ – wurden zu ihrem ureigenem Medium, dem sie bis in die späten Jahre treu geblieben ist. Ihre Collagen blieben in ihrer Zartheit und Sensibilität besonders überzeugend.
1914 zog Hilla nach Berlin und kam mit der Berliner Kunstwelt in Kontakt. Künstler wie Chagall, Delaunay, Kandinsky und Klee und viele weitere beeinflussten sie und ihr Schaffen.
In dieser Zeit lernte sie den Maler Rudolf Bauer kennen, mit dem sie bald eine Wohnung in Charlottenburg bezog. Die Bezieihung der beiden war schwierig. Es war Inflation, Bauer hatte keine Arbeit mehr und Hilla war diejenige, die den Haushalt finanzierte, zum Teil aus dem Verkauf ihrer Ölporträts, aber auch durch die Unterstützung ihrer Eltern.
Da Hillas Eltern 1919 nach Teningen gezogen waren, besuchte sie sie häufig in Teningen. Sie selbst lebte zu dieser Zeit in Berlin. Den Winter jedoch verbrachte sie meist in ihrem Elternhaus, wo sie im 2. Obergeschoss ein Atelier hatte und dort arbeitete.
Zum Ende der Liebesbeziehung kam es dann 1925, als sie nach einem längeren Aufenthalt in Italien beschloss, nach USA auszuwandern. Dort lernte sie bald die Guggenheims kennen und sie erhielt den Auftrag Solomon R. Guggenheim zu porträtieren. Bei diesen Sitzungen gelang es ihr, den Kupfermillionär für die nicht-gegenständliche Kunst zu begeistern und ihn zu überzeugen, dass er nicht-gegenständliche Werke sammeln sollte. Aus diesem Grund reisten sie gemeinsam nach Europa und kauften in den folgenden Jahren eine große Sammlung von Bildern von Bauer, Klee,Leger, Marc, Kandinsky und viele weitere auf. Die Guggenheim Sammlung wurde eine der größten und wichtigsten Sammlungen nicht-gegenstänglicher Kunst. In den dreißiger Jahren stellte Guggenheim seine Sammlung zunächst in seinem Appartment im Plazja Hotel in New York aus, 1937 wurde die Solomon Guggenheim Foundation gegründet. Guggenheim war der erste Präsident, Hilla war die Kuratorin.
1939 gründet die Gesellschaft in einem alten Autohaus ein kleines Museum „Museum of Non -Objective Painting“, wo die Sammlung von Solomon Guggenheim ausgestellt wurde. Erste Direktorin war Hilla von Rebay. 1943 beauftragte Solomon Guggenheim unter Hilla von Rebay den Architekten Frank Lloyd Wright ein Museumsgebäude zu entwerfen. Hilla selbst schrieb den Architekten für die Planung des Museums, sie selbst wirkte dabei maßgeblich mit! Erst 1956 wurde dann endlich gebaut. 1952 gab Hilla von Rebay ihren Museumsposten auf, nachdem es unter anderem nach Guggenheims Tod immer wieder zu Streitigkeiten gekommen war. Bei der Einweihung 1959 war Guggenheim und Wright tot und Hilla war nicht einmal zur Einweihung eingeladen worden.
Hilla von Rebay starb am 27. September 1967 in Westport, Connecticut, USA.
Da sie auch, als sie in Amerika lebte, immer wieder ihre Heimat besuchte, war sie den Teningern wohl bekannt. Ihr Vater starb im Jahr 1931, ihre Mutter 1932. Bis 1938 besaß Hilla in Teningen Bürgerrecht, dann schenkte sie der Gemeinde das Haus. Nach ihrem Tod wurde sie auf ihren eigenen Wunsch im Familiengrab auf dem Teninger Friedhof beerdigt.