Heiberg fikk i fem år undervisning hos Harriet Backer som var søster av hennes mor, maleren Margrethe Backer Welhaven. Hun var også elev av Per Deberitz. Etter debuten på Høstutstillingen i 1912 ble det snart stilt store forventninger til henne. Sitt virkelige gjennombrudd fikk hun med separatutstillingen hos Blomqvists Kunsthandel i 1919 hvor Nasjonalgalleriet kjøpte det uttrykksfulle, stramt komponerte Våraften i Asker, holdt i en dempet, grålig koloritt. Bildet, som kanskje er det beste i hennes produksjon, er på høyde med det beste av det som ble skapt av norsk landskapskunst på den tiden. Samme år oppnådde hun også å bli innkjøpt til Nasjonalgalleriet med det mettete, kjølig grønne I haven. Begge eier en nesten maskulin uttrykkskraft som var karakteristisk for henne i denne perioden. Hennes hovedmotiv var frodige sommerlandskaper, i tidlige år ofte med grupper av nakne kvinnefigurer plassert i naturen. I disse bildene merkes en klar innflytelse fra Cézanne. Påvirkninger fra hennes lærer Per Deberitz kan også ofte spores.
I sine senere år stilte Heiberg lite ut. Hun ble tidlig opptatt av portrettmaleriet. Etter hvert ble hun en av de mest benyttete portrettmalere i sin generasjon. Spesielt kan fremheves det tidlige Gammel dame i sort (1915, Bergen Billedgalleri) og portrettene av Kristian Fredrik Grøn (1927), Randi Blehr (1928) og Anna Welle Grue (1935). I disse maktet hun å forene modellens karakter med et sikkert kunstnerisk uttrykk.
