Va estudiar magisteri a Barcelona i a la Escuela Central de Magisterio de Madrid. La seva inquietud per aprendre la va portar a apropar-se a la Institución Libre de Enseñanza, a estudiar posteriorment a l’Institut Rousseau de Ginebra i a conèixer de prop les noves propostes pedagògiques en diverses escoles europees.
Desenvolupà una gran tasca divulgadora dels nous corrents educatius, i la seva gran capacitat organitzadora la va portar a ser la primera directora de l’Escola de Bosc, a la secció de nenes, càrrec que ocupà entre 1914 i 1930. Posteriorment, des del 1930 fins al 1939, va ser-ho del Grup Escolar Milà i Fontanals, del Patronat Escolar de Barcelona.
Els principis pedagògics de Rosa Sensat passen pel respecte integral a la persona, la integració del joc al currículum i el gaudi estètic. Usava els fets quotidians per a ensenyar els continguts escolars, lluny d’academicismes, en el que després s’anomenaria aprenentatge significatiu. Pensava que la base de l’educació sorgeix a les etapes d’infantil i primària i que per això calia una bona formació dels mestres, per poder dotar tots els alumnes amb les eines necessàries per a seguir aprenent.
Trasbalsada pel desenvolupament de la guerra i l’arribada del franquisme, la van jubilar el 1939 després de ser depurada pel règim i apartada de feines de responsabilitat per la seva ideologia propera a la catalanitat i el progressisme.
El 1921 va rebre l’encàrrec de dissenyar el pla d’estudis de l’Institut de Cultura i Biblioteca Popular de la Dona i establí un programa força ampli per a les dones obreres i les de classe mitjana. La seva activitat es concretà també en diversos cursos i conferències als estudis normals de la Mancomunitat, a les escoles d’estiu i a l’Institut de Cultura i Biblioteca Popular de la Dona. Participà en importants congressos com el I Congrés Nacional d’Ensenyament Primari a Barcelona (199), el III Congrès International d’Enseignement Ménager, a París (1922), i al Congrès des Écoles Nouvelles, a Niça (1923).
Per haver desenvolupat una important tasca a Catalunya, tant a nivell de divulgació de nous corrents i experiències, com per la seva capacitat d’organització de centres escolars, portà a un col·lectiu de mestres, liderats per Marta Mata i Garriga a fundar l’any 1965 l’Escola de Mestres Rosa Sensat.