Margarethe Siems erhielt in ihrem Geburtsort Breslau zunächst Geigen- und Klavierunterricht. 1899 begann sie ihr Gesangsstudium in Dresden bei der berühmten Sängerin und Musikpädagogin Aglaja Orgeni. 1902 erhielt sie von Theaterdirektor Angelo Neumann ihr erstes Engagement in Prag, wo sie als Königin Margarethe in „Die Hugenotten“ von Giacomo Meyerbeer debütierte.
1908 engagierte man sie an die Dresdner Hofoper (heute Semperoper), wo sie Nachfolgerin von Irene Abendroth wurde. Siems wirkte 1909 mit an der Uraufführung der Oper „Elektra“, 1911 an der Uraufführung von „Der Rosenkavalier“ sowie 1912 an der Uraufführung der Oper „Ariadne auf Naxos“ – allesamt von Richard Strauss, der die äußerst anspruchsvolle Rolle der Zerbinetta („Ariadne auf Naxos“) extra für Siems´ Stimme komponiert hatte. Die Rolle der Marschallin („Rosenkavalier“) blieb jedoch der größte Erfolg ihrer Karriere, die sie an viele deutsche und internationale Bühnen führte.
Von 1920 bis 1924 war sie Lehrerin für Gesang am Berliner Stern’sches Konservatorium; 1926 wurde sie private Gesangspädagogin in Dresden. Zu ihren Schülerinnen gehört u.a. die weltberühmte Altistin Sigrid Onegin. Nach zahlreichen Auftritten (überwiegend an der Dresdner- und der Berliner Hofoper), feierte Siems 1925 am Opernhaus ihrer Heimatstadt Breslau ihren offiziellen Bühnenabschied, mit ihrer Glanzrolle, der Marschallin aus dem „Rosenkavalier“.
Nach 1937 wurde sie Professorin für Gesang am Konservatorium von Breslau – stellte allerdings die Bedingung, kein Mitglied der NSDAP werden zu müssen. Sie lebte mittlerweile in Bad Landeck (heute Lądek-Zdrój, Polen), wo sie ein Landhaus erworben hatte. Aufgrund der zwangsweisen Evakuierung am 27. November 1946 musste sie ihren Wohnort innerhalb einer Stunde verlassen, wobei alle ihre privaten Besitztümer verlorengingen. Verarmt ging Siems zurück nach Dresden, wo sie eine winzige Rente erhielt. Trotz hohen Alters lehrte sie weiterhin an der Dresdner Akademie für Musik.
Margarethe Siems war nicht verheiratet. Sie hatte eine Adoptivtochter (Ingeborg Siems), die jedoch 1950 im Alter von nur 37 Jahren nach einer Operation starb. Siems starb knapp zwei Jahre später und wurde auf dem Johannisfriedhof in Dresden-Tolkwitz beerdigt.