Estudià a Viena amb R. Papier. La seva versatilitat vocal captivà l’empresari hamburguès B. Pollini, que la contractà el 1895 per a interpretar el paper de Brunilde, sota la batuta de G. Mahler. En aquells moments Mahler era al capdavant de l’orquestra del Teatre de l’Òpera d’Hamburg i quedà admirat dels dots de la jove cantant. La profunda amistat que s’establí entre director i soprano feu que Mildenburg seguís Mahler a Viena, on cantà en la companyia de l’Òpera de la capital austríaca. Bona actriu i posseïdora d’una veu densa i apassionada, destacà en la interpretació de papers wagnerians. De fet, era amiga de la família Wagner i cantà repetides vegades a Bayreuth. També fou notable la seva interpretació de Clitemnestra a Electra, de R. Strauss, que cantà per primer cop el 1910 a Londres. Intervingué en temporades operístiques a Munic, Londres, Darmstadt i altres ciutats. Juntament amb el seu marit, l’escriptor austríac H. Bahr, escriví un llibre sobre R. Wagner i Bayreuth titulat Bayreuth und das Wagner-Theater (1910).