Окончила Петербургские высшие женские курсы (Бестужевские курсы, 1909), с 1919 преподавала в Петроградском педагогическом институте (профессор, 1935), в 1942—1944 в эвакуации в Алма-Ате, профессор Алма-Атинского университета, в 1944—1947 — профессор МГУ. В 1947 вернулась в Ленинградский пединститут, с 1950 участвовала в работе над 17-томным Большим академическим словарём русского языка, удостоена посмертно Ленинской премии за него (1970). Истрина — один из главных редакторов (наряду с В. В. Виноградовым и С. Г. Бархударовым) двухтомной академической «Грамматики русского языка» (М., 1953—1954, переиздана в 1960).
Статьи и книги Истриной посвящены различным проблемам исторической и синхронной русистики вплоть до методики школьного преподавания и культуры речи; наиболее известная её работа — «Синтаксические явления синодального списка I Новгородской летописи» (1923), одно из классических исследований по русскому историческому синтаксису. Скончалась в 1957 году. Похоронена на Литераторских мостках Волковского кладбища.
