وی فارغ‌التحصیل بازیگری از دانشسرای هنر تهران است و در سال ۱۳۵۲ با شرکت در کلاس‌های موسیقی، نقاشی، فیلمسازی، تئاتر و تئاتر عروسکی کانون پرورش فکری کودکان و نوجوانان، به اجرای نمایش‌های عروسکی و تئاترهای کودکان در سراسر کشور پرداخت.
همکاری با گروه تئاتر دانشجویان دانشکده هنرهای زیبا و صدا و سیما در زمینه کارهای کودکان و تئاتر زنده و عروسکی از سوابق هنری اوست. شروع فعالیت وی در تلویزیون با عروسک گردانی مجموعه مدرسه موش‌ها در سال ۱۳۶۰ بود و از سال ۶۴ بازیگری در سینما را با فیلم جدال آغاز کرد.
از نقش آفرینی‌های معتمدآریا باید به بازی‌هایش در کنار ایرج طهماسب و حمید جبلی اشاره کرد. این ۳ نفر با همکاری در چندین فیلم از جمله کلاه قرمزی و پسرخاله، کلاه قرمزی و سروناز، دختر شیرینی فروش و یکی بود و یکی نبود از موفق‌ترین گروه‌های هنری در سینمای ایران هستند.
محورهایی از کارنامه هنری فاطمه معتمدآریا:
- برنده لوح زرین بهترین بازیگر نقش دوم زن در هفتمین جشنواره فیلم فجر، برهوت، ۱۳۶۷
- برنده سیمرغ بلورین بهترین بازیگر نقش دوم زن در دهمین جشنواره فیلم فجر، مسافران، ۱۳۷۰
- برنده سیمرغ بلورین بهترین بازیگر نقش اول زن در یازدهمین جشنواره فیلم فجر، یکبار برای همیشه، ۱۳۷۱
- برنده سیمرغ بلورین بهترین بازیگر نقش اول زن در دوازدهمین جشنواره فیلم فجر، همسر، ۱۳۷۲
برخی از آثار هنری فاطمه معتمدآریا:
- جدال، ۱۳۶۵
- تحفه‌ها، ۱۳۶۶
- گمشدگان، ۱۳۶۶
- جهیزیه برای رباب، ۱۳۶۶
- برهوت، ۱۳۶۷
- ریحانه، ۱۳۶۸
- مسافران، ۱۳۷۰
- ناصرالدین شاه آکتور سینما، ۱۳۷۰
- هنرپیشه، ۱۳۷۱
- یکبار برای همیشه، ۱۳۷۱
- همسر، ۱۳۷۲
- کلاه قرمزی و پسرخاله، ۱۳۷۳
- روسری آبی، ۱۳۷۳
- مرد آفتابی، ۱۳۷۴
- مهر مادری، ۱۳۷۶
- مرد عوضی، ۱۳۷۷
- شوخی، ۱۳۷۸
- یکی بود یکی نبود، ۱۳۷۸
- عینک دودی، ۱۳۷۹
- عزیزم من کوک نیستم، ۱۳۸۰
- دختر شیرینی فروش، ۱۳۸۰
- کلاه قرمزی و سروناز، ۱۳۸۱
- ننه گیلانه، ۱۳۸۲
- کارگران مشغول کارند، ۱۳۸۴
- تقاطع، ۱۳۸۴
