Regista, sceneggiatrice. Nata da padre pugliese e madre romana, a 17 anni decide di seguire la sua passione iscrivendosi al corso di regia all'Accademia Teatrale romana diretta da Pietro Scharoff. Per alcuni anni è animatrice e regista negli spettacoli di burattini di Maria Signorelli e, conseguito il diploma, entra nel mondo del teatro collaborando con Guido Salvini e Giorgio De Lullo e fa anche un lungo e fecondo apprendistato nel mondo dello spettacolo musicale con Garinei e Giovannini.

Lina si avvicina ben presto al mondo della radio e della televisione e nel 1959 è l'autrice della prima edizione del programma "Canzonissima". Nei primi anni Sessanta, mentre si avvicina al cinema, dirige per la televisione l'adattamento del romanzo di Vamba "Il Giornalino di Gianburrasca", che sceneggiato in più puntate segna l'approdo sul piccolo schermo di un nuovo genere, il musical-comedy. Dotata di un forte senso dello spettacolo, Lina chiama a lavorare in televisione anche attori teatrali come Sergio Tofano, Franca Valeri e Ivo Garrani e si avvale di scenografie e costumi di Piero Tosi e delle musiche di Nino Rota, orchestrate da Luis Enriquez Bacalov.

Nel 1963 la sua amica Flora Carabella, moglie di Marcello Mastroianni, le presenta il regista Federico Fellini e Lina diventa il suo aiuto sul set di "8 ½". Il 1963 è anche l'anno del suo esordio dietro la macchina da presa con "I basilischi", film di cui firma anche soggetto e sceneggiatura e di cui doppia ben otto tra i personaggi secondari. Il suo film d'esordio è un'analisi profonda e disincantata dei giovani delle province meridionali italiane e conquista anche il pubblico estero aggiudicandosi la "Vela d'argento" al Festival di Locarno del 1963 e altri riconoscimenti a Londra e a Taormina. Nel 1965 con "Questa volta parliamo di uomini", si cimenta con il film ad episodi e dirige Nino Manfredi. Sempre negli anni Sessanta, seguendo una moda di quegli anni, firma con lo pseudonimo di George H. Brown, due commedie musicali: "Rita la zanzara" (1966) e "Non stuzzicate la zanzara" (1967) in cui sceglie ancora una volta dopo il Giamburrasca, come protagonista, la giovane cantante Rita Pavone. In questi film, in cui Lina riesce a convolgere nomi prestigiosi come Giulietta Masina, Turi Ferro e Paolo Panelli, trova spazio un esordiente, Giancarlo Giannini, la cui carriera rimarrà per anni legata alla sua. Nel 1968 la Wertmüller dirige anche un film western, "The Belle Starr Story", con Elsa Martinelli. Dopo un periodo lontano dalla regia cinematografica, in cui collabora con Sergio Sollima e Pasquale Festa Campanile, Lina torna dietro la macchina da presa nel 1972 con "Mimì metallurgico ferito nell'onore", affresco dell'Italia del sud e dei suoi miti visti con gli occhi di un giovane siciliano emigrato a Torino in cerca di fortuna. Nella filmografia della Wertmuller questo film segna l'inizio delle satire sulla società italiana e impone al pubblico una nuova coppia cinematografica formata da Giancarlo Giannini e Mariangela Melato. Regista attenta a scenografie e costumi, Lina si avvale della collaborazione dello scenografo Enrico Job, divenuto suo marito, e il suo barocchismo si traduce nei titoli densi di ironia e di lunghezza proverbiale come "Film d'amore e d'anarchia ovvero: stamattina alle 10 in via dei Fiori nella nota casa di tolleranza" (1973), "Travolti da un insolito destino nell'azzurro mare d'agosto" (1974), "Notte d'estate con profilo greco occhi a mandorla e odore di basilico" (1986), in cui il personaggio principale è interpretato da Michele Placido. Già dal 1976 con "Pasqualino Settebellezze" Lina raggiunge il successo internazionale e conquista il mercato americano ottenendo, prima regista donna, quattro nomination agli Oscar (migliore regia, miglior film straniero, migliore sceneggiatura, migliore attore protagonista). Lina però non abbandona il mondo del teatro per cui continua a scrivere e a mettere in scena testi come "Due più due non fa più quattro", "La cucina" e "Amore e magia nella cucina di mamma", rappresentato al Festival dei Due mondi di Spoleto, "L'esibizionista", "Gianni, Ginetta e gli altri", "Storia d'amore e d'anarchia", "Lasciami andare madre" e "Molto rumore (senza) rispetto per a". Nel 1987 debutta anche nella regia di un'opera lirica al San Carlo di Napoli dove mette in scena la "Carmen" di Bizet con cui va in tournée anche allo Stat Opera di Monaco. Alla fine degli anni Ottanta, un suo progetto per un film, che non sarà mai realizzato, diventa un feuilleton radiofonico in 32 puntate recitato da lei stessa su Radio 1, "Sceicchi e femministe" da cui nel 1988 viene desunto un libro edito da Rai Eri "Iris e lo sceicco".
Nel 1990 realizza per Canale 5 la miniserie riscritta insieme a Raffaele La Capria, "Sabato, domenica e lunedì", interpretato da Luca De Filippo, Pupella Maggio, Luciano De Crescenzo e Sophia Loren, tratta dall'omonima commedia di Eduardo. Nel 1992 è la volta di "Io speriamo che me la cavo", con Paolo Villaggio e nel 1996 di "Ninfa plebea", tratto dal romanzo omonimo di Domenico Rea e di "Metalmeccanico e parrucchiera in un turbine di sesso e politica", in cui rivisita il conflitto di classe in chiave contemporanea. Negli anni Novanta si cimenta anche con il documentario e realizza per la Rai "Una domenica sera di novembre" e in occasione dei Mondiali di calcio in Italia un documentario sulla città di Bari. Nel 2000 torna ancora alla televisione girando a Procida "Francesca e Nunziata", con Giancarlo Giannini e Sophia Loren. Nel 2001 le è stato conferito il premio alla carriera al Trani Film Festival. Nel 2006 dirige per il cinema con “Peperoni ripieni e pesci in faccia” con Sofia Loren.
Nel 2010 l’Accademia del Cinema Italiano le assegna un David speciale alla carriera.
Nella sua molteplice attività è anche autrice di due libri editi da Rizzoli: "Essere o avere, ma per essere devo avere la testa di Alvise su un piatto d'argento" (1981) e "Avrei voluto uno zio esibizionista".
Ha una figlia adottiva, Maria Zulima.