Русский художник, график, театральный художник, книжный иллюстратор, выдающийся представитель русского авангарда.
Происходила из рода Гончаровых, потомков брата Н. Н. Гончаровой, жены А. Пушкина, дочь известного московского архитектора С. М. Гончарова. Родилась в с. Нагаево под Тулой.
В 1901 г. поступила в Московское училище живописи, ваяния и зодчества, где училась скульптуре у Волнухина и Трубецкого, затем живописи — у Коровина. В 1907—1911 гг. увлеклась народным искусством, крестьянским и городским лубком, древнерусской иконописью. В 1910 г., вместе с М. Ларионовым, стала одним из учредителей общества «Бубновый валет», в 1911—1912 гг. входила в группу «Ослиный хвост», в 1913 г. — в группу «Мишень».
Ею проиллюстрированы многие футуристические книги А. Крученых и В. Хлебникова — «Мирсконца» (1912), «Игра в аду» (1912), «Взорваль» (1913), «Две поэмы. Пустынники. Пустынница» (1913), повесть Крученых «Путешествие по всему свету». В 1912 г. были изданы по инициативе поэта А. Крученых литографированные открытки с рисунками Гончаровой. В 1914 г. отдельной серией вышли «Мистические образы войны» — большие литографии на патриотическую тему. В 1915 г. вместе с мужем М. Ларионовым покинула Москву, в 1917 г. окончательно обосновалась в Париже.
Во Франции оформила большое число постановок С. Дягилева, занималась живописью, иллюстрировала книги. В своих книжных работах 1920-х гг. художница вернулась к приемам иконописи, к ярким цветам, геометризованным силуэтам, уплотненному пространству, обратной перспективе, но дополнила эти приемы уже мотивами европейской книги — инициалами, декоративными бордюрами — «Сказка о царе Салтане» (1921), «Слово о полку Игореве», Мюнхен, «Орхис» (1923). Умерла в Париже.