Nach dem Schauspielstudium an der Hochschule für Schauspielkunst „Ernst Busch“ in Berlin folgten Engagements am Deutschen Nationalen Theater Weimar und am Staatstheater Cottbus. Ab 1988 (nach der Geburt der 2. Tochter) arbeitete Heidrun Bartholomäus als Freiberuflerin in Berlin, gastierte 12 Jahre am Carrousel-Theater an der Parkaue, drehte einige Filme (u.a. Komm näher). Für ihre Rolle als Johanna wurde sie 2006 mit dem europäischen Filmpreis in Kopenhagen ausgezeichnet. Regelmäßig ist sie auch mit Musikern (u.a. Hannes Zerbe, Dietrich Petzold, Jürgen Kupke) unterwegs und beschäftigt sich mit Autoren wie: Franz Kafka, Gottfried Benn, Heinrich von Kleist, Bertolt Brecht. Seit 1980 synchronisiert Heidrun Bartholomäus Filme. Zu den wichtigsten Filmen in den letzten Jahren gehören: Three Billboards Outside Ebbing Missouri, Nomadland oder Macbeth (jeweils Frances McDormand).

Am Staatstheater Cottbus übernahm sie ab 2007 mehrere Gastrollen (u.a.: Frau Peachum in der Dreigroschenoper). Bis 2017 war sie dort im Festengagement und spielte Lear, Gertrud in Hamlet, Golde in Anatevka, Maude in Harold und Maude und vieles mehr. Seit 2017 ist Heidrun Bartholomäus wieder freiberuflich tätig und wohnt jetzt in Mecklenburg. Vorwiegend arbeitet sie derzeit mit dem Komponisten, Arrangeur und Pianisten Hannes Zerbe zusammen und ist Mitglied des Hannes Zerbe Jazz Orchesters. 

In der Spielzeit 2022/23 gastiert sie erstmals am Theater Lüneburg in