Роза Хайруллина родилась 12 сентября 1961 года в Норильске. Её родители были детьми ссыльных председателей колхозов. Когда Розе было семь с половиной лет, семья переехала в город Зеленодольск. С третьего класса занималась в театральных студиях и мечтала стать актрисой. После школы Роза поступила в Казанское театральное училище. Со второго курса играла на сцене Национального театра имени Камала. После окончания училища в 1981 году Роза начинает работать в Казанском театре юного зрителя. В 1992 году была награждена Государственной премией РФ за роль в спектакле «Погром» по мотивам романа Бориса Васильева «И был вечер, и было утро…» режиссёра Бориса Цейтлина. В 1996 году спектакль «Буря» по Шекспиру получил премию «Золотая маска».
В 1996 году пожар уничтожил Казанский ТЮЗ, и Роза Хайруллина уехала из Казани. Недолгое время играла в Челябинском ТЮЗе. В 1997 году получила приглашение в Самарский театр «СамАрт» и вскоре стала его ведущей актрисой.
В 2009 году была приглашена в труппу Московского театра-студии под руководством Олега Табакова («Табакерка»).
Играла на сцене Театра им. Ленсовета в спектакле «Я скучаю по тебе» по произведениям А. Володина, на сцене Самарского академического театра драмы имени М. Горького в спектакле «Полковник птица» по пьесе Х. Бойчева.
В настоящее время в театре «Приют Комедианта» (Санкт-Петербург) играет короля Лира в спектакле режиссёра К. Богомолова «Лир». В Театре Наций играет Басю в спектакле «Шоша» (режиссёр Т. Имамутдинов).
На Московском международном кинофестивале 2012 года Роза Хайруллина признана лучшей актрисой за роль ханши Тайдулы в фильме «Орда» режиссёра Андрея Прошкина. За эту же роль в 2013 году получила национальную премию Российской Академии кинематографических искусств «Ника».