Nacque il 15 maggio 1911 a Köln da una famiglia di umili origini.
Già nel 1935 si iscriveva alla Lega delle Giovani Tedesche vicino al Partito Nazista al quale aderiva nel 1937.
Laureatasi in medicina si presentò volontaria per prestare servizio nel lager femminile di Ravensbruck nel 1940. Sostenne al processo di averlo fatto perché si trovava in ristrettezze economiche e perché la paga era particolarmente buona.
A Ravensbruck la Oberheuser lavorò per tre anni come "lagerartzin" (medico del lager). Nell'estate del 1943 si aggregò al gruppo di medici che condussero a Ravensbruck esperimenti di infezioni per testare i sulfamidici e esperimenti sulla fratturazione delle ossa.
La Oberheuser si dimostrò particolarmente precisa e crudele nello svolgere questa attività.

Durante il processo ammise di aver praticato iniezioni di benzina alle detenute provocandone la morte.
Numerose testimonianze accertarono il suo sadismo verso le detenute ed il suo disprezzo per la vita umana.
Durante il suo interrogatorio al processo ebbe l'impudenza di affermare:
"il primo [esperimento] che facemmo fu quello di trasmettere la cancrena gassosa a donne vive tramite bacilli ... Ciò comportava l'introduzione di corpi estranei come pezzi di legno [...] a mio parere soltanto tre donne morirono per le conseguenze riportate. Abbiamo stabilito che il decesso era da attribuirsi a disturbi della circolazione". Riguardo agli esperimenti condotti sulla rigenerazione delle ossa così li descrisse: "Dalle ossa sane della gamba venivano prelevate schegge ossee e nuovamente inserite nello stesso o in un altro punto.
A me era affidata la terapia e l'assistenza delle cosiddette cavie nel settore 1. Facevo le iniezioni e trattavo le cavie come mi era stato prescritto dai superiori".
Venne condannata nel "processo ai medici" di Norimberga a 20 anni di prigione ma - già nel 1952 - venne liberata dal carcere di Landsberg per un decreto di riduzione della pena.
Una volta scarcerata tornò ad esercitare la professione medica come pediatra in un piccolo villaggio dello Schleswig-Holstein: Stocksee. Soltanto dopo una campagna stampa il ministro degli Interni dello Schleswig-Holstein si decise - l'11 agosto 1958 - a privarla del permesso di esercitare la professione. La Oberheuser presentò numerosi ricorsi contro questa decisione ottenendo la revoca del provvedimento il 28 aprile 1961.
Successivamente operò come addetta alla cucina all'istituto Bodelschwingh.
Morì il 24 gennaio 1978 in una casa di riposo per anziani a Linz am Rhein.