Isabella Willinger absolvierte zunächst ein Studium in den Fächern Slawistik, Nordamerikastudien und Soziologie in Berlin, Prag, Moskau und New York. 2005 nahm sie ein Studium an der Hochschule für Fernsehen und Film (HFF) in München auf. Während dieses Studiums realisierte sie mehrere kurze und lange Dokumentarfilme, so etwa den 70-minütigen "Pornoprotokolle" (2008) über die Situation in der Mainstream-Pornografie und die Versuche von alternativen Entwürfen. Daneben schrieb sie Texte für das Filmmagazin "Revolver". 2013 erschien ihre Monographie über die Filmemacherin Kira Muratova ("Kira Muratova: Kino und Subversion"). Willingers HFF-Abschlussfilm "Fort von allen Sonnen" (2013), über konstruktivistische Architektur im Russland der 1920er Jahre, lief unter anderem beim Münchner DOK.fest und wurde 2014 mit dem Starter Filmpreis der Stadt München prämiert.

Seither ist Isabella Willinger als freischaffende Filmemacherin tätig. Gemeinsam mit Maria Stodtemeier drehte sie für den Kultursender Arte eine Folge der dreiteiligen Doku-Reihe "Musik in Zeiten von Krieg und Revolution" (2017, Folge 3: "Musik und Macht"). Ihr Kino-Dokumentarfilm "Hi, A.I." (2018), über humanoide Roboter und Menschen, die schon heute solche besitzen, wurde im Januar 2019 beim Filmfestivals Max Ophüls Preis als Bester Dokumentarfilm ausgezeichnet. Der reguläre Kinostart folgte im März 2019.