В 1888 году девочку приняли в Императорское театральное училище. Первой ролью Вагановой стала мать Лизы, главной героини, в школьном спектакле «Волшебная флейта», поставленном для учеников средних классов.
В 1897 году, после окончания училища, была принята в балетную труппу Мариинского театра, через несколько лет получила статус солистки. Вагановой блестяще удавались отдельные сольные вариации, так что ее и прозвали «королевой вариаций». У нее не было идеальных балетных данных, ее фигуру считали неизящной, над ней смеялись, но она знала, как надо танцевать. Знаменитый Мариус Петипа относился к ней весьма прохладно. В дневнике он писал «Г-жа Ваганова ужасна». Она была небольшого роста, с тяжеловатыми, крепкими ногами. Она сама знала о своих недостатках лучше, чем все остальные, и поэтому упорно занималась. В 1910-е годы она начала исполнять главные партии.
Она вносила некоторые изменения в хореографические приемы, которые вначале могли показаться неуместными, однако впоследствии занимали достойное место в технике ведущих танцовщиков.
Ваганова оставила сцену в 1916 году и занялась преподаванием. Сначала преподавала в различных частных школах и студиях, а после революции была приглашена на работу в Петроградское театральное училище. Свой первый выпуск подготовила в 1922 году. Она брала в работу предвыпускные женские классы, которые вели другие преподаватели, поэтому ее выпуски бывали через год, иногда ежегодно.
Разработала собственную педагогическую систему, основанную на ясности и осмысленности техники, строгости постановки корпуса, позиций рук и ног. «Система Вагановой» сыграла определяющую роль в развитии балетного искусства XX века.
С 1931 по 1937 год Ваганова была художественным руководителем балетной труппы Ленинградского академического театра оперы и балета имени С. М. Кирова (ныне снова Мариинский театр).
В 1933 году Ваганова возобновила в репертуаре театра балет «Лебединое озеро». Ее редакция потеряла сказочные черты и носила мелодраматический характер: Одетта погибала от выстрела Ротбарта, Зигфрид закалывался, потеряв любимую.
Также Ваганова возобновила балет «Эсмеральда».
В 1934 году получила звание народной артистки РСФСР, в 1946 году – Сталинскую премию первой степени за выдающиеся достижения в области хореографического искусства.
Книга Вагановой «Основы классического танца», в которой она подробно излагает свои педагогические взгляды, была впервые издана в 1934 году, выдержала шесть переизданий и переведена на многие языки мира.
