Хильда Дулитл родилась 10 сентября 1886 года в Бетльхеме, штат Пенсильвания. Её отец был профессором астрономии, а мать происходила из семьи, принадлежащей к религиозной секте «Моравских братьев», основанной в XVIII веке, чьи ритуалы оказали огромное влияние на воображение юной Х. Д.
Образование она получила в частных школах. В колледже Брин Мор она проучилась всего полтора года, затем оставила учебу. Следующие пять лет она провела дома, читая греческую и латинскую литературу и занимаясь поэзией. Все это время она много общалась со своим соседом Эзрой Паундом, который вдохновлял её на поэтические поиски. В 1908 Паунд уехал в Лондон. В 1911 году Х. Д. последовала за ним. Вскоре у них состоялась помолвка, однако в 1913 году она вышла замуж не за него, а за поэта Ричарда Олдингтона, с которым познакомилась в 1911 году.
Вместе с Олдингтоном они стала одними из основоположников нового направления в поэзии. Цель имажизма, как они и их коллеги-имажисты Томас Эрнест Хьюм, Фрэнсис Флинт и Эзра Паунд обозначили в своем «Имажистском кредо», состояла в том, чтобы «производить поэзию — тяжёлую и чистую, которая была бы ни неясной, ни неопределённой… Концентрация — это самая суть поэзии».
Ее ребенок от Олдингтона был мертворожденным. Вскоре умер её любимый старший брат. В эти годы она знакомится с Брайхер (Энни Уинфред Эллерман). «Так сумасшедше, — писала Х. Д. о первой встрече с Брайхер, — что ужасно. Ни один мужчина никогда за мной так не ухаживал».
Брайхер хотела заботиться о поэтессе и её новорождённой дочери Пердите, и Х. Д. ей это позволила. Они вместе совершили путешествие в Грецию в 1920 году, в Египет в 1923 году, пока более или менее основательно не поселились в Швейцарии. Выход в свет книги «Избранные стихотворения» (1925) упрочил репутацию Х. Д. как одного из самых значительных поэтов современности. В эту книгу вошли несколько стихотворений, основанных на фрагментах из Сапфо. В течение следующих пятнадцати лет Х. Д. опубликовала, кроме поэзии, еще и рассказы, включая «Palimpsest» (1926), «Hedylus» (1928), драму в стихах «Hippolytos Temporizes» (1927) и ряд высокохудожественных переводов, включая «Ион» Еврипида (1937).
В 1933 году у Х. Д. началась тяжёлая депрессия. Она решила пройти курс психоанализа у Зигмунда Фрейда. Особенное впечатление на нее произвела его способность толковать сны. В общении они были очень откровенны друг с другом. Так, Фрейд сказал ей, что она истинная бисексуалка. В 1937 Х. Д. развелась с Олдингтоном.
Во время Второй мировой войны Х. Д. жила в Лондоне и выпустила три книги стихов: «Стены не падают» (1944), «Благодарность ангелам» (1945), «Цветение жезла» (1946). После войны она вернулась в Швейцарию к Брайхер. В 1960 году она первая среди женщин была награждена медалью Мерит в номинации «поэзия», присуждаемой американской Академией искусств. В 1961 г. вышел ее поэтический цикл «Елена в Египте», ответ на «Cantos» Эзры Паунда. Эта ее книга стала последней. Х. Д. умерла 27 сентября 1961 года в Цюрихе в возрасте 75 лет.