Astri Welhaven Heiberg naît dans une famille de créatifs. Son père, Hjalmar Welhaven (1850-1922), est architecte et occupe le poste d’administrateur du palais royal. Sa mère, Margrethe Backer Welhaven (1851-1940), est peintre avant son mariage, comme sa sœur Harriet Backer (1845-1932). A. Welhaven est très proche de sa sœur cadette, la sculptrice Sigri Welhaven (1894-1991). Elle épouse l’architecte Christen Fritzner Heiberg (1878-1943) en 1907 et Sigri épouse son frère, le peintre Jean Heiberg (1884-1976), en 1913. Le lien qu’entretient A. Welhaven avec J. Heiberg et son ami Per Deberitz (1880-1945), tous deux anciens élèves de l’académie Matisse, influence son choix de se concentrer principalement sur la peinture de paysages avec nus féminins en début de carrière.

Durant la majeure partie de 1902 et 1903, A. Welhaven travaille en Angleterre, d’abord à Londres, puis au sud du comté du Devon en 1903. Elle y crée des illustrations publicitaires, des commandes décoratives, des motifs de papier peint, etc. À son retour à Christiania (aujourd’hui Oslo), elle continue d’exercer le métier de dessinatrice. Entre 1904 et 1907, elle est élève de l’école de peinture de H. Backer, à Christiania. Après son mariage avec C. Heiberg, en 1907, le couple déménage à New York. Là, A. Welhaven Heiberg répond à des commandes, notamment les illustrations de l’édition anglaise du second tome du Merveilleux voyage de Nils Holgersson à travers la Suède de Selma Lagerlöf (1911). Elle donne naissance en 1910 à son unique enfant, Hjalmar, et retourne s’installer à Christiania avec sa famille en 1912. Le couple divorce officiellement en 1924.

A. Welhaven Heiberg fait ses débuts de peintre en 1912 à la Høstutstillingen (Exposition annuelle d’automne) de Christiania, où elle présente un portrait. Durant la décennie qui suit, elle s’y produit à huit reprises, présentant le plus souvent des tableaux de paysages avec nus féminins, notamment en 1915 et 1916. La plupart sont réalisés sur les îles proches de Tønsberg au sud-ouest d’Oslo, particulièrement les îles de Brøtsø et de Hvasser, où elle passe ses étés de 1914 à 1919. Parmi ses douze paysages avec nus féminins peints avant 1922, citons par exemple Etter badet [Après la baignade, 1914], Landskap med kvinner [Paysage avec femmes, 1916], Aktstudie i det grønne [Étude de nu dans la verdure, 1915] et Kvinner på klipper [Femmes sur les falaises, non daté].

À partir de 1920, A. Welhaven Heiberg se met à composer de plus en plus de paysages verdoyants du sud et de l’est de la Norvège. Les personnages qui y apparaissent sont désormais vêtus. Ses portraits rencontrent un vif succès, et on lui commande des peintures de figures culturelles, de politiciens et de membres de la famille royale, parmi lesquel·les Randi Blehr (1921), Danser Inger Friis [La Danseuse Inger Friis, 1931], Portrett av komponist Johan Svendsen [Portrait du compositeur Johan Svendsen, 1940] et Prins Harald med Prinsesse Astrid og Princesse Ragnhild [Le prince Harald avec les princesses Astrid et Ragnhild, 1947].

A. Welhaven Heiberg bénéficie de deux expositions individuelles au cours de sa vie (en 1919 et 1925), toutes deux à la galerie Blomqvist de Christiania. À la première de ces occasions, en 1919, la Nasjonalgalleriet (l’actuel Nasjonalmuseet) lui achète Vårdag i Asker [Jour de printemps à Asker, 1918]. Cette même année, le musée acquiert I haven [Dans le jardin, 1919] lors de la Høstutstillingen. Une œuvre d’A. Welhaven Heiberg, Portrett av Fru K [Portrait de Mme K, 1915], est aussi présente dans la collection Kode (Bergen).