Die Künstlerin wurde als Bronizlawa Pineles im damals österreichischen Galizien geboren. Sie entstammte einer jüdischen Familie. Ihre Eltern waren der Decken- & Wollwarenfabrikbesitzer Saul Pineles (1834-1903[1][2]) und Clara, geb. Herzig (1835-1910). 1870 kam sie mit ihren Eltern nach Wien, wo sie Privatunterricht im Malen bei Robert Raab und Alois Delug erhielt. 1885 konnte sie erstmals ein Gemälde öffentlich ausstellen. 1885–87 studierte sie an der Damenakademie des Münchner Künstlerinnenvereins bei Ludwig von Herterich. Es folgten Ausstellungen im Wiener Künstlerhaus, in München  und Leipzig. Außerdem hatte sie gute Kontakte zu Musikern und Komponisten, wie Hugo Wolf.

1896 heiratete sie den katholischen Arzt Hugo Koller, mit dem sie zwei Kinder hatte, Sylvia Koller (1889-1963) und den Dirigenten Rupert Koller. Das Ehepaar lebte zunächst in Nürnberg, kehrte aber 1902 nach Wien zurück. Hier wurde sie in den Kreis um Gustav Klimt und der Secessionisten aufgenommen. 1904 übersiedelte sie nach Oberwaltersdorf, wo sie ein Haus geerbt hatte, das von Josef Hoffmann und Kolo Moser eingerichtet wurde. In diesem Haus verkehrten zahlreiche bedeutende Künstler und Wissenschaftler, wie Egon Schiele. Nach dem Ersten Weltkrieg hatte sie Kontakt zu Anton Faistauer, Albert Paris Gütersloh und Franz von Zülow.

1934 Broncia Koller-Pinell wurde auf dem Döblinger Friedhof bestattet.

Broncia Koller-Pinell zählt zu den bedeutendsten Künstlerinnen Österreichs um die Jahrhundertwende neben Olga Wisinger-Florian, Tina Blau und Marie Egner. Sie durchlief viele moderne Kunstströmungen, vom Impressionismus über den Jugendstil bis zu Expressionismus und Neuer Sachlichkeit. Themen ihrer Malerei waren v. a. Porträt, Genre und Stillleben. Ihr Werk war oftmals umstritten und harter Kritik ausgesetzt.