Mechtilde Lichnowsky stammte aus der gräflichen Familie von Arco-Zinneberg und wurde in der Sacré-Coeur-Klosterschule Riedenburg aufgezogen. Sie verlobte sich mit dem Militärattaché der englischen Gesandtschaft in München, Ralph Harding Peto, musste sich aber aus Rücksicht auf die Familie von ihm wieder trennen. Im Jahr 1904 heiratete Arco-Zinneberg den Gutsbesitzer und Diplomaten Karl Max Fürst Lichnowsky. Das Paar lebte mit den drei Kindern, darunter eine Tochter, auf den Schlössern Grätz und Kuchelna. 1911 verreisten sie nach Ägypten. Zwischen 1912 und 1914 wurde ihr Ehemann als deutscher Botschafter nach London berufen. Nach dem Ersten Weltkrieg hatte die Familie wechselnde Aufenthalte in Berlin, München und der damaligen Tschechoslowakei. 1928 verstarb Fürst Lichnowsky, sie zog nach Cap-d’Ail in Südfrankreich. Bereits in München unterhielt Lichnowsky enge Kontakte mit Schriftstellern wie Carl Sternheim und Frank Wedekind. Eine besondere Freundschaft verband sie mit dem Wiener Schriftsteller und Herausgeber der Literaturzeitschrift Die Fackel, Karl Kraus, mit dem sie seit 1915 bekannt war, eine langjährige Korrespondenz pflegte. Auch der Theaterregisseur Max Reinhardt und der Verleger Kurt Wolff gehörten zu ihrem Freundeskreis.

In Wolffs Verlag erschienen ihre ersten, deutlich vom Expressionismus beeinflussten Werke. Während der NS-Zeit weigerte sich Lichnowsky, der Reichsschrifttumskammer beizutreten, ihre Werke wurden daraufhin verboten. 1937 heiratete Lichnowsky ihren Jugendfreund, den britischen Major Harding Peto. Als sie 1939 einen Besuch in Deutschland machte, wurde die englische Staatsbürgerin interniert und unter Polizeiaufsicht gestellt, getrennt von ihrem zweiten Ehemann, den sie nicht mehr sehen sollte, da er am 3. September 1945 verstarb. Die Zeit des Hausarrests nutzte sie, um das sprach- und stilkritische Buch Worte über Wörter zu verfassen, in dem sie u. a. Äußerungen Adolf Hitlers der Lächerlichkeit preisgab. Für Lichnowsky zeigte sich bereits in der Sprache die Barbarei der Nationalsozialisten. Verleger Peter Suhrkamp war 1939 jedoch außerstande, ihr Buch zu veröffentlichen. Dies erfolgte erst 1949 im Wiener Bergland Verlag. Auch Gespräche in Sybaris, erschienen 1946, rechnet mit dem NS-Staat ab.

Von ihren Besitzungen in Schlesien vertrieben, ließ sich Lichnowsky im Sommer 1946 in London nieder. 1953 verlieh ihr die Gesellschaft zur Förderung des deutschen Schrifttums den Preis für Dichtung. Im Jahr 1954 erhielt sie den Literaturpreis der Stadt München, außerdem gehörte sie der Bayerischen Akademie der Schönen Künste und der Deutschen Akademie für Sprache und Dichtung als Mitglied an. Lichnowsky verstarb am 4. Juni 1958 in London und wurde auf dem Friedhof Brookwood, Grafschaft Surrey, beigesetzt.