Получила блестящее образование в обеспеченной, высоко культурной берлинской среде, изучала фортепиано и композицию, рано проявила незаурядные музыкальные способности.
Её голосом восхищался Гёте, посвятивший ей стихотворение (1827). В 1829 вышла замуж за берлинского художника Вильгельма Гензеля, родила сына. В 1839—1840 годах путешествовала с семьей по Италии. Выступала с воскресными концертами, в том числе исполняла Баха, Моцарта, Бетховена, а также сочинения брата. Во время одного из таких выступлений скончалась от апоплексического удара. Брат, впавший после её смерти в глубокую депрессию, умер через несколько месяцев.
Автор трех органных прелюдий (1829), драматической пьесы для сопрано и оркестра «Геро и Леандр» (1832), фортепианного и струнного квартетов, нескольких кантат, вокальных сочинений на стихи Гёте, Гейне, Ленау, Ламартина и других поэтов-романтиков, лирических пьес для фортепиано, среди которых наиболее известен цикл из 12 миниатюр «Год» (1841). Наряду с Кларой Шуман и Луизой Фарранк, Фанни Мендельсон — наиболее известная среди женщин-композиторов XIX в. Изданы её письма и дневники, ей посвящено несколько романов-биографий.