Родилась 21 февраля 1942 года в Берлине. Отец Тротты — художник Альфред Ролофф, ее мать Элизабет фон Тротта родом из Москвы. После войны переезжает с матерью в Дюссельдорф. После окончания средней школы два года посещает коммерческое училище и некоторое время работает в бюро. Затем отправляется в Париж и снимается в нескольких короткометражных фильмах.
В начале 1960-х возвращается в Дюссельдорф, продолжает своё образование, начинает изучать искусство, затем — германистику и романистику в Мюнхене и Париже. Параллельно посещает в Мюнхене актерскую школу. В 1964 актриса театра в Динкельсбюле. С 1967 снимается в кино и на телевидении, прежде всего в фильмах Фолькера Шлёндорфа, Райнера Вернера Фассбиндера и Герберта Ахтернбуша. С 1970 принимает участие в написании сценариев фильмов Шлёндорфа.
В 1975 наряду со Шлёндорфом выступает в качестве сорежиссера фильма «Поруганная честь Катарины Блюм», сценарий которого они вместе написали по одноименной повести Генриха Бёлля.
С 1977 фон Тротта самостоятельно занимается режиссурой.
В 1964—1969 была замужем за редактором Юргеном Мёллером, от которого она родила сына Феликса. В 1971—1991 была замужем за Шлёндорфом.
В 2001 году фон Тротта возглавила жюри XXIII Московского международного кинофестиваля.
Живет в Париже. Является активным членом СДПГ.