Meinhof übersiedelte mit ihrer Familie 1936 von Oldenburg nach Jena, von 1946 an lebte sie nach einem kurzen Aufenthalt in Bad Berneck (Oberfranken) erneut in Oldenburg. Nach dem Tod ihrer Mutter 1949 wohnte sie als Vollwaise bei Renate Riemeck (1920–2003), einer Studienfreundin und Lebensgefährtin ihrer Mutter, ab 1952 in Weilburg bei Gießen. Nach ihrem Abitur 1955 begann Meinhof, gefördert von der Studienstiftung des deutschen Volkes, ein Studium der Psychologie, Pädagogik und Kunstgeschichte in Marburg an der Lahn, vom Wintersemester 1957/58 an in Münster. Politisiert durch die linke Aktivistin Riemeck, die sich früh gegen die Wiederbewaffnung engagierte, radikalisierte Meinhof sich allmählich. Sie trat als Sprecherin des Studentischen Arbeitskreises für ein kernwaffenfreies Deutschland und Mitglied des Sozialistischen Studentenbundes bei Großkundgebungen gegen die atomare Bewaffnung der Bundesrepublik auf. Ihre einstige Nähe zum protestantischen Milieu ging verloren. Im Mai 1958 lernte sie Klaus Rainer Röhl (1928–2021) kennen, den Chefredakteur der von der illegalen KPD und der DDR finanzierten Monatszeitschrift „konkret“.

Röhl gewann Meinhof für die KPD, in die sie im Herbst 1958 eintrat. Auf einem Berliner Studentenkongress gegen Atomrüstung im Januar 1959 setzte sich die „konkret“-Position mit dem Plädoyer für eine Anerkennung der DDR nicht zuletzt aufgrund von Meinhofs Engagement durch. Im selben Jahr zog sie nach Hamburg, wo sie 1961 zur Chefredakteurin von „konkret“ avancierte. Ihr Dissertationsvorhaben im Fach Pädagogik brach sie im Dezember 1960 ab. 1964 verließ Meinhof die „konkret“-Redaktion - im selben Jahr hatte die KPD die finanzielle Unterstützung des Periodikums eingestellt. Röhl und Meinhof traten daraufhin aus der Partei aus. Meinhof arbeitete fortan v. a. für den Rundfunk, schrieb aber weiter für „konkret“, insbesondere gegen die mangelnde Aufarbeitung des Nationalsozialismus und die Wiederbewaffnung der Bundesrepublik, gegen den „CDU-Staat“ und die Große Koalition. Ende 1967 zog Meinhof nach Berlin-West und verfasste immer radikalere Texte, inspiriert durch die Studentenbewegung und die Bekanntschaft mit Andreas Baader (1943–1977) und Gudrun Ensslin (1940–1977): Die Bundesrepublik sei auf dem Weg in den Faschismus, und Gewalt gegen Sachen sei zu bejahen, z. B. die Aktionen gegen den Springer Verlag nach dem Mordanschlag auf Rudi Dutschke (1940–1979) im April 1968. Im April 1969 stellte sie ihre Tätigkeit für „konkret“ wegen des „konterrevolutionären“ Kurses der Zeitschrift ein.

Im Februar 1970 versteckten sich die untergetauchten Brandstifter Baader und Ensslin in der Berliner Wohnung Meinhofs. Nach Baaders Festnahme wurde dieser mit Meinhofs Hilfe am 14. Mai 1970 befreit; dieser Tag gilt als Gründungszeitpunkt der Roten Armee Fraktion (RAF). Meinhof ging mit Baader, Ensslin und dem Rechtsanwalt Horst Mahler (1936–2025) in den Untergrund, um das als „faschistisch“ empfundene „System“ der Bundesrepublik gewaltsam zu bekämpfen. Die Gruppe floh in ein jordanisches Palästinenserlager und nahm dort an Schießübungen teil. Zurück in Berlin-West, überfiel die RAF unter Beteiligung Meinhofs Banken. Nach einer Reihe von sechs Sprengstoffanschlägen der RAF, der sog. Mai-Offensive 1972 mit vier Todesopfern, wurde Meinhof im Juni in Langenhagen bei Hannover festgenommen. In Köln-Ossendorf einer strengen Einzelhaft ausgesetzt, wurde sie 1974 nach Stuttgart-Stammheim verlegt, mit erleichterten Haftbedingungen und Kontaktmöglichkeiten zu den dort inhaftierten RAF-Terroristen. In der Untersuchungshaft beteiligte sich Meinhof mehrfach an Hungerstreiks. Im November 1974 wurde sie vom Landgericht Berlin zu einer Freiheitsstrafe von acht Jahren wegen versuchten Mordes bei der Befreiung Baaders 1972 verurteilt. Durch die Geiselnahme in der bundesdeutschen Botschaft in Stockholm im April 1975 sollte u. a. ihre Freilassung erpresst werden. Am 21. Mai 1975 begann vor dem Oberlandesgericht Stuttgart der Prozess gegen sie und die anderen RAF-Terroristen u. a. wegen Mordes, Mordversuchs und der Bildung einer kriminellen Vereinigung. Meinhofs Wahlverteidiger war Otto Schily (geb. 1932). Meinhof erhängte sich, psychisch zermürbt auch durch die aggressive persönliche Kritik Ensslins, in der Nacht vom 8. auf den 9. Mai 1976 in ihrer Zelle.

Trotz der plakativen Nennung ihres Namens in der Öffentlichkeit (Baader-Meinhof-Gruppe) gehörte Meinhof nicht zu den treibenden Kräften innerhalb der RAF, rechtfertigte jedoch in mehreren Schriften deren Aktionen und auch die Ermordung der israelischen Geiseln bei dem Olympia-Attentat in München im September 1972 durch eine palästinensische Terrorgruppe, zu deren Forderungen die Freilassung Meinhofs gehört hatte. Prominente Persönlichkeiten wie Gustav Heinemann (1899–1976) und Helmut Gollwitzer (1908–1993) hatten vergeblich versucht, sie zur Aufgabe ihrer terroristischen Aktivitäten zu bewegen. In Teilen der linken Szene setzte nach ihrem Tod eine idealisierte Darstellung ein - mit Vergleichen zu Jeanne d’Arc (1412–1431), Rosa Luxemburg (1871–1919) und Sophie Scholl (1921–1943), wovon Filme, Kunstwerke und Musikstücke zeugen.