Urodziła się w 1923 roku w Krakowie. W kwietniu 1942 roku została aresztowana przez gestapo pod zarzutem czytania i rozpowszechniania wydawnictw podziemnych. Po kilkutygodniowym pobycie w krakowskim więzieniu przy ulicy Montelupich została przewieziona do KL Auschwitz, gdzie otrzymała numer 7566.
Pracowała tam między innymi przy robotach polnych i melioracyjnych, a później w obieralni kartofli i magazynie żywności. Szczęśliwie przetrwała obozowe choroby – tyfus plamisty i krwawą biegunkę. W roku 1943 padła ofiarą zbrodniczych eksperymentów medycznych prowadzonych przez Niemców w bloku X. „Nigdy nie zachodziłam w ciążę. Niewątpliwie to kalectwo, tak zresztą jak i jego świadomość, spowodowały wiele komplikacji w moim życiu osobistym” – pisała po latach.
W roku 1945 Posmysz przeżyła marsz śmierci, a potem pobyt w kolejnych niemieckich obozach – Ravensbrück i Neustadt-Glewe.
Po wojnie ukończyła polonistykę na Uniwersytecie Warszawskim. Pracowała jako dziennikarka i scenarzystka, była autorką książek. W swojej twórczości wielokrotnie wracała do tematyki obozowej.
Na podstawie jej słuchowiska radiowego powstał głośny film Andrzeja Munka Pasażerka – o byłej niemieckiej nadzorczyni z Auschwitz, która po latach przypadkiem spotyka dawną więźniarkę. Pasażerka, choć nieukończona z powodu śmierci Munka w wypadku samochodowym, miała premierę w roku 1963 i do dziś jest uważana za jedno z ważniejszych filmowych świadectw Auschwitz.
W ostatnich latach życia Posmysz nadal robiła wiele dla upowszechnienia, także wśród młodzieży, wiedzy o Holokauście i cierpieniu Polaków w czasie II wojny światowej. W uznaniu wyjątkowych zasług prezydent Andrzej Duda odznaczył ją w 2020 roku Orderem Orła Białego – najwyższym polskim odznaczeniem państwowym.