Nací en 1552 en Bologna, ciudad de Italia que se destacaba por su progresismo, y una prueba de ello es que su universidad aceptó a mujeres estudiantes desde el siglo XIII. Fui  artista  contemporánea de los hermanos Carracci, -líderes de la escena artística bolognesa con su academia de postulados clásicos opuestos al Manierismo y al naturalismo de Caravaggio- a quienes se unieron posteriormente Guido Reni y Domenico Zampieri.

 Recibí de mi padre Prospero Fontana las primeras enseñanzas en la pintura, algo que ocurría frecuentemente con los hijos varones y no así con las mujeres. Mis primeras obras denotan la influencia paterna, pero paulatinamente fui acercándome al estilo de mi amigo Ludovico Carracci, con los colores fuertes característicos de la escuela veneciana. También fui influenciada por Antonio Allegri Correggio y Scipione Pulzone.

 Adquirí fama en Bologna en mis primeros años de trabajo y luego me extendí por Italia. Fui conocida por mis pinturas de retratos de la clase alta bolognesa, que fueron muy bien pagados. Mis modelos se ven posando en forma natural y se destaca mi maestría en la pintura de ropajes y joyas. El retrato de la familia Gozzadini (1584) se encuentra entre mis obras más importantes.

Mi Autorretrato tocando la espineta (1977, Academia Nazionale di San Luca, Roma), es considerado mi obra maestra por algunos estudiosos. En él puede apreciarse que fui una mujer bella y se me ve tocando el instrumento acompañada de una criada; una escena semejante a la de una pintura de Sofonisba Anguissola. De mis pinturas más tempranas se conserva la de “Cristo con los símbolos de la pasión” (1576), actualmente ubicado en El Paso Museum of Art.

En 1577  me casé con el pintor Gian Paolo Zappi, de origen noble, a quien conocí en el estudio de mi padre. Éste fue un matrimonio fuera de lo común, ya que Paolo abandonó su carrera artística para ocuparse de las cuestiones hogareñas y el cuidado de los once niños que tuvimos, mientras  mantenía a mi familia con la pintura. Paolo ayudaba también a pintar los fondos de mis obras.

Un hecho realmente destacable es que  llegue a pintar desnudos femeninos y masculinos en pinturas religiosas y mitológicas de grandes formatos, algo inédito para una mujer hasta ese momento. En 1589 recibí el encargo de elaborar pinturas sacras para la iglesia del Palacio Real español, trabajo que incluía estudios de modelos desnudos. La obra, titulada “Familia Sagrada”, fue tan exitosa que motivó que me contratasen  en la iglesia de Santa Sabina en Roma.

En 1603  me mudé permanentemente a Roma con mi familia, donde fui elegida pintora oficial de la corte del Papa Clemente VIII y tuve el mecenazgo de los Buoncompagni. También fui distinguida como miembro de la Academia Romana. Mi primer encargo importante fue una pintura de gran formato para el altar de la Basílica de San Paolo Fuori le Mura, que lamentablemente un incendio destruyó en el año 1823. En Roma, el papa Paolo V en persona estuvo entre mis modelos.

 Morí en Roma, el 11 de agosto de 1614.