Geboren als uneheliche Tochter Franz Liszts der Gräfin d'Agoult wurde Cosima in einem Institut erzogen. 1857 heiratete sie einen der begabtesten Schüler Vaters den Pianisten Hans von Bülow .
Der Ehe mit Bülow entstammen die Töchter Daniela und Blandine.
1867 wurde die Ehe wegen des Cosimas mit Richard Wagner geschieden. 1871 heirateten und Richard Wagner. Richard und Cosima hatten gemeinsamen Kinder Eva Isolde und Siegfried .
Als Richard Wagner 1883 starb übernahm seine Witwe die Leitung Bayreuther Festspiele. Gemeinsam mit Adolf von Groß der die finanzielle Seite der Festspiele gelang es ihr die Bayreuther Festspiele zu Institution zu machen. 1911 erhielt sie die Ehrenbürgerwürde der Stadt Bayreuth .