Rotraut Richter wurde am 15. Mai 1915 in Wünsdorf, Kreis Teltow als Tochter einer Malerin und eines Architekten geboren. Ihre Zeit am Lyzeum in Berlin-Steglitz endete frühzeitig, da sie aufgrund mangelhafter Leistungen und ungebührlichen Betragens der Schule verwiesen wurde. Als Folge wurde in ein Mädchenpensionat und in ein Landschulheim geschickt; den Schulabschluss machte sie schließlich auf einer Frauenschule.

Durch Mitwirkungen im Schüler*innentheater wuchs in Richter der Entschluss, Schauspielerin zu werden. 1931, mit kaum 16 Jahren, nahm sie Sprechunterricht bei Lothar Müthel und besuchte für sechs Monate die Staatliche Schauspielschule Berlin. Ebenfalls 1931 gab sie ihr Debüt vor der Kamera, wenn auch nur mit einer Statistenrolle, in "Mädchen in Uniform". Im Jahr darauf engagierte Gustav Hartung sie ans Landestheater Darmstadt, wo sie als Selma in Gerhart Hauptmanns "Die Ratten" debütierte. Während dieser Zeit wurde Richter von dem Filmproduzenten Joe May entdeckt. Er vermittelte sie an den Regisseur Fritz Wendhausen, der Richter in einer Nebenrolle von "Das erste Recht des Kindes" (1932) besetzte. Direkt im Anschluss erhielt sie von Richard Oswald eine Hauptrolle als Straßenprostituierte in der Milieugeschichte "Ganovenehre" (1932). Ein geplanter Dreijahresvertrag mit Joe May kam jedoch nicht zustande, da May 1933 nach der Machtübernahme der Nazis in die USA emigrieren musste.

Im Theaterbereich hatte Richter Engagements an verschiedenen Berliner Bühnen; außerdem trat sie in Trude Hesterbergs 1933 gegründetem Kabarett "Die Musenschaukel" sowie in der "Katakombe" von Werner Finck und Robert Stemmle auf. Tragende Kinorollen spielte sie in Hans Steinhoffs NS-Propagandafilm "Hitlerjunge Quex" (1933) und in Carl Boeses "Wenn ein Mädel Hochzeit macht" (1934).

Der Bühnendurchbruch gelang Richter 1934 mit dem erfolgreichen Volksstück "Krach im Hinterhaus": Über 400-mal gab sie am Theater am Schiffbauerdamm die Edeltraut Panse, eine typische "Berliner Göre". Diese Rolle spielte sie 1935 auch in Veit Harlans Verfilmung des Stücks. Ebenfalls 1935 sah man Richter in einer Nebenrolle des antisemitischen Showgeschäft-Dramas "Nur nicht weich werden, Susanne!", mit Veit Harlan in einer Hauptrolle. Eine weitere Nebenrolle hatte sie in der Komödie "Kirschen in Nachbars Garten" (1935) mit Karl Valentin.

Der größte Filmerfolg von Rotraut Richter war die Titelrolle eines Blumenmädchens mit Herz und Berliner Schnauze in "Das Veilchen vom Potsdamer Platz" (1936) – die Rolle war so prägend, dass sie ihr zeitweise den Spitznamen "das Veilchen" einbrachte. Patente junge Frauen spielte sie auch in Hans Deppes Gaunerkomödie "Meiseken" (1937) und in der turbulenten Gerhart-Hauptmann-Adaption "Der Biberpelz" (1937). Ihre letzte Hauptrolle vor dem Zweiten Weltkrieg hatte sie in der Komödie "Der nackte Spatz" (1938), als Nichte eines Paares, das in Erwartung einer großen Geldsumme in einen Kaufrausch verfällt. 

Während des Krieges ging Richter auf Wehrmachtstourneen, bei denen sie die Soldaten mit Berliner Liedern aufheitern sollte. Da sie aber zu dieser Zeit mit einem Filmverbot belegt war, blieb Richters einziger Film während dieser Jahre "Krach im Vorderhaus" (1941; Regie: Paul Heidemann), eine Art Neuauflage des Kassenschlagers "Krach im Hinterhaus", in der sie erneut die Edeltraut Panse verkörperte.

Nach Kriegsende spielte Richter Theater. Am Renaissance-Theater konnte sie 1946 in George Bernard Shaws "Helden" einen Erfolg als ernsthafte Charakterdarstellerin feiern. Im folgenden Jahr drehte sie mit der Büchner-Adaption "Wozzeck" (in der Rolle der Kellnerin Käthe) noch einen Film für die DEFA. Ihre letzte Rolle spielte sie ab Juli 1947 als Dienstmädchen in der Posse "Hunderttausend Taler" am Theater am Schiffbauerdamm.

Am 1. Oktober 1947 in Berlin starb Rotraut Richter mit 32 Jahren an den Komplikationen einer Blinddarmoperation. 1969 wurde in Berlin-Neukölln der Rotraut-Richter-Platz nach ihr benannt.