Ксения Держинская родилась 6 февраля 1889 года в городе Киев, Украина. С 1905 года в течение четырех лет брала уроки пения у Флоры Паш. В 1907 году окончила педагогические курсы Фундуклеевской женской гимназии, а затем преподавала общеобразовательные предметы.
В 1911 году Держинская впервые выступила как камерная певица в авторском концерте Сергея Рахманинова, высоко оценившего артистическое и вокальное дарование певицы. Впоследствии обучалась пению в Санкт-Петербурге у Е. И. Териан-Коргановой. С 1913 года являлась солисткой оперной труппы антрепризы Сергиевского народного дома в Москве. Дебютировала в партии Марии в опере «Мазепа» П. И. Чайковского.
Летом Ксения Держинская готовила оперные партии в Киеве под руководством дирижера Льва Петровича Штейнберга. С февраля по июль 1914 года совершенствовалась в вокальном искусстве в Берлине у певицы и педагога Матильды Маллингер. В 1915 году стала солисткой Большого театра в Москве. Исполнила 25 партий в 1044 оперных спектаклях.
Значительное влияние на формирование творческих взглядов певицы оказали режиссер Константин Станиславский и дирижер Вячеслав Сук. Под управлением последнего спела наиболее выдающиеся партии своего репертуара - Лизу в «Пиковой даме», Настасью в «Чародейка», Февронию в «Сказание о невидимом граде Китеже и деве Февронии», Ярославну в «Князе Игоре» и других.
В постановке Большого театра оперы Дж. Верди «Дон Карлос» 10 февраля 1917 года Ксения Георгиевна пела партию Елизаветы вместе с Федором Шаляпиным. В 1926 году исполняла партию Февронии в Париже на сцене «Гранд-Опера».
Держинская также выступала как камерная певица. Вела концертно-исполнительскую деятельность. В ее обширный репертуар входили произведения П. И. Чайковского, С. В. Рахманинова, М. И. Глинки, А. С. Даргомыжского, Н. А. Римского-Корсакова, Ф. Шуберта, Р. Шумана, старинные романсы. Обладала широким диапазоном, силой и красотой тембра голоса, большим драматическим мастерством. Искусство певицы отличалось большой музыкальной культурой и высокой вокальной техникой».
Педагогическую деятельность Ксения Держинская начала в Московском музыкальном театре имени К. С. Станиславского и Вл. И. Немировича-Данченко. С 1941 по 1943 год занималась с солистами Большого театра имени Алишера Навои. С 1947 года преподавала вокальный класс в Московской консерватории имени П. И. Чайковского. До 1949 года являлась деканом факультета.
Ксения Георгиевна являлась членом Комитета по Сталинским премиям в области литературы и искусства, членом Художественного совета Радиовещания и редакционного совета Музыкального государственного издательства. Входила в состав жюри конкурсов профессиональных и самодеятельных исполнителей.
Умерла Ксения Георгиевна Держинская 9 июня 1951 года в возрасте шестидесяти двух лет. Похоронена на Новодевичьем кладбище.
Заслуженная артистка Республики (1928)
Народная артистка РСФСР (1933)
Народная артистка СССР (1937)
Сталинская премия первой степени (1943) - за многолетние выдающиеся достижения в области искусства
Орден Ленина (02.06.1937)
Орден Трудового Красного Знамени (1951)
Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.»
Медаль «В память 800-летия Москвы»
Сергиевский народный дом
1913 - «Мазепа» П. И. Чайковского - Мария
1913 - «Русалка» А. С. Даргомыжского - Наташа
1913 - «Князь Игорь» А. П. Бородина - Ярославна
1913 - «Пиковая Дама» П. И. Чайковского - Лиза
1914 - «Аида» Дж. Верди - Аида
1914 - «Снегурочка» Н. А. Римского-Корсакова - Купава
1914 - «Демон» А. Г. Рубинштейна - Тамара
1914 - «Дубровский» Э. Ф. Направника - Маша
Большой Театр
1915 - «Князь Игорь» А. П. Бородина - Ярославна
1915 - «Запорожец за Дунаем» С. С. Гулак-Артемовского - Одарка
1916 - «Чародейка» П. И. Чайковский - Настасья
1916 - «Оле из Нордланда», М. М. Ипполитова-Иванова - Герда
1917 - «Сказание о невидимом граде Китеже и деве Февронии» Н. А. Римского-Корсакова - Феврония
1917 - «Дон Карлос» Дж. Верди - Елизавета
1917 - «Сказка о царе Салтане» Н. А. Римского-Корсакова - Милитриса
1918 - «Гугеноты» Дж. Мейербера - Валентина;
1919 - «Лоэгрин» Р. Вагнера - Ортруда
1923 - «Тангейзер» Р. Вагнера - Елизавета
1924 - «Фауст» Ш. Гуно - Маргарита
1925 - «Валькирия» Р. Вагнера - Брунгильда
1929 - «Нюрнбергские мейстерзингеры» Р. Вагнера - Ева
1930 - «Вышка Октября» Б. Л. Яворского - Ударница
1931 - «Руслан и Людмила» М. И. Глинки - Горислава
1931 - «Турандот» Дж. Пуччини - Турандот
1932 - «Боярыня Вера Шелога» Н. А. Римского-Корсакова - Вера Шелога
1933 - «Тоска» Дж. Пуччини - Тоска
«Русалка» А. С. Даргомыжского - Наташа
«Пиковая Дама» П. И. Чайковского - Лиза
«Дубровский» Э. Ф. Направника - Маша
«Снегурочка» Н. А. Римского-Корсакова - Купава
«Псковитянка» Н. А. Римского-Корсакова - Вера Шелога
«Евгений Онегин» П. И. Чайковского - Татьяна
Фильмография
1951 - Большой концерт - профессор консерватории
Избранные труды
Замечательный артист (Воспоминания о Л. В. Собинове) // Советский артист. 1935. № 40
Воспитание вокалиста // СИ. 1937. № 29
На Всесоюзной конференции вокалистов // СМ. 1940. № 3
Чайковский в моей жизни // Чайковский и театр. Статьи и материалы. М.–Л., 1940
Имя, которое я вспоминаю с благодарностью //Б. Яворский. Т. 1. М., 1972
Отец - Егор Егорович (Георгий Георгиевич) Держинский, преподаватель математики
Мать - Мария Никифоровна Держинская (урожд. Черкунова), из дворян Киевской губернии
Двоюродный брат - Николай Николаевич Вилинский (1888-1956), украинский композитор и педагог, заслуженный деятель искусств Украинской ССР (1951)
Двоюродный брат - Александр Вячеславович Оссовский(1871-1957), музыковед и музыкальный критик, заслуженный деятель искусств РСФСР (1938), член-корреспондент АН СССР (1943)