נולדה בקזבלנקה לרב אלינתן ותרצה רוטשילד. אביה, אחיו של ד"ר משה רוטשילד, היה נכד של הרב ארנסט וייל, מראשי הקהילה היהודית באלזס, וצאצא למשפחת רוטשילד השווייצרית. סבה מצד אמה, רבי חיים רפאל שושנה, היה רב ודיין במרוקו ובבאר שבע; בלשן, פייטן ומחבר סדרת ספרים על פיוטי המזרח. היא נינת הרב יעקב דהאן ממרקש. כשהייתה מזרחי בת שנה, עלתה עם משפחתה לבני ברק, וממנה עברו לירושלים, לשכונת בית וגן. שמה ניתן לה על שם מלחמת ששת הימים שאירעה זמן קצר קודם ללידתה.למדה באולפנת חורב ושירתה בשירות לאומי כמטפלת בקשישים. למדה משפטים באוניברסיטה העברית, ועבדה כעורכת דין. לאחר מכן הוסמכה כטוענת רבנית.

ב-2001, החלה הרבנית מזרחי למסור שיעורים בביתה בנושא פרשת השבוע בשם "פרשה ואישה". נכון לשנת 2022, מעבירה מזרחי, שיעורים שבועיים בפני אלפי נשים, ולנשים בלבד. בחלקם ההשתתפות כרוכה בתשלום. קהל היעד שלה כולל דתיות לאומיות, חוזרות בתשובה, חרדיות ואף חילוניות מסורתיות. הרצאותיה עוסקות במעגל השנה, בפרשת השבוע, במעמד האישה ותפקידיה, בזוגיות ובהורות והם כוללים גם התייחסות אקטואלית. היא משתמשת בשיעורים בהומור, מדגישה את חשיבות השמחה ומתנגדת לסגפנות. היא תומכת בטיפוח הגוף והלבוש הנשי. שיעוריה מופצים באמצעות שתי דרכים עיקריות: שיעורי וידאו מצולמים ושיעורים כתובים, המתומללים מתוך השיעורים שניתנו בעל פה. שיעורי הווידאו מועברים ומצולמים במרכז 'אשירה' בתל אביב. שמו של המקום הוא כשמו של אתר האינטרנט שבו מפורסמים סרטי הווידאו באופן בלעדי לשיעורי הרבנית. השיעורים הכתובים נערכים על ידי תלמידתה יקרת פרידמן, ומופצים גם הם לאלפי נשים, תחת השם "פרשה ואשה", החל משנת 2002. המרכז אחראי גם להפקת נסיעות נשים לקברי צדיקים עם הרבנית.

הרבנית מלקטת בדבריה פרשנים מהראשונים ומהאחרונים לרוב ללא חידושים אישים. החידוש המרכזי בדבריה הוא פנייה ישירה לנשים, ולסוגיות חיים שונות מנקודת מבט נשית. היבט נוסף שמאפיין את דרשותיה וכתביה של הרבנית ימימה מזרחי הוא התייחסות לשונית רב ממדית במעיין "משחק מילים".

ב-2015, הקימה עם בעלה את ישיבת "אבני קודש" במושב עמינדב, המשמש בית חם לנוער נושר. החל מאמצע 2017, החלה מזרחי בשידור תוכנית שבועית בת שעה בכאן מורשת. התוכנית מועברת בו זמנית ברשת כאן ב'. לרבנית מזרחי יש גם פינות קבועות ביום שישי בבוקר ברדיו קול ברמה וביום רביעי ברדיו קול חי, וכן בכאן מורשת. הרבנית מזרחי נוהגת לייעץ ולברך נשים המבקשות זאת. בשנת 2022 נבחרה הרבנית לכהן כנשיאת תוכנית רבניות אירופה, מטעם ועד רבני הקהילות באירופה. מנכ"ל ועד הרבנים של אירופה, גדי גרוניך והמזכיר, הרב בסקין, מחליטים להכשיר רבניות צעירות לקהילות, ולטפח את מוסד הרבניות, משום שיותר ויותר נשים בקהילה רואות ברבנית הקהילה כתובת לפניות שונות ומגוונות. הרבנית ימימה מובילה את תוכנית ההכשרה החדשה לרבניות של עשרות קהילות ברחבי אירופה. באפריל 2023 הוצע למזרחי להדליק משואה בטקס הדלקת המשואות, אך היא סירבה מטעמי צניעות.

החל משנת תשס"ג (2003) הרבנית ימימה מזרחי מפרסמת בכל שבוע עלון כתוב לפרשת השבוע בשם "פרשה ואשה", ובו הלימוד השלם שלה לאותה פרשה, בשפה נשית עם נגיעות של אקטואליה, ענייני הזמן, חגים ומועדים. מנעד רב של מקורות מנחה אותה בלימוד: פרשנים קלאסיים, גמרא, זוהר, חסידות, ופרשנים בני זמננו. הרבנית נוהגת לשלב גם אקטואליה, שירה ופזמון בשיעוריה. בשנת תשע"ג (2013) ראה אור ספרה הראשון, "פרשה ואשה", ובו מאמרים קצרים לפרשות השבוע לחומשים בראשית ושמות. את הספר ערכה יקרת פרידמן, בהוצאת ידיעות ספרים. "פרשה ואשה" נהיה לספר זהב. בשנת תשע"ג (2013) ראה אור גם הספר "במה אברכך? פנקס הצמיחה שלך", שבין דפיו שזורים רעיונות של הרבנית ימימה שנבחרו על ידי קהילת הלומדות שלה. "במה אברכך" נהיה לספר זהב. בשנת תשע"ו (2016) יצא לאור הספר "כמים, ליבך - מסע נשי בין המצרים". הספר נערך על ידי יקרת פרידמן והרב נתנאל לדרברג, בהוצאת ידיעות ספרים. הוא עוסק בימי בין המצרים דרך מדרשי ואגדות החורבן. המוטו המנחה הוא ”מִסִּפּוּרֵי דְּבָרִים שֶׁל הַנָּשִׁים, יְכוֹלִים לֵידַע מַעֲמַד הַשְּׁכִינָה, אֵיך הִיא אוֹחֶזֶת כָּעֵת" (רבי נחמן מברסלב, ליקוטי מוהר"ן, חלק א', תורה ר"ג).” הצער הנשי בדורנו מסמן הבנה של הצער הקוסמי שקיים עקב חורבן בית המקדש. "כמים, ליבך" נהיה לרב מכר. בשנת תשע"ח (2018) יצא לאור "מחכה לתשובה – פתיחות ליום הכיפורים" בעריכת יקרת פרידמן, בהוצאת מגיד. הספר מספק זווית נשית על יום הדין והכפרה, בדגש על "סדר העבודה" שבין אדם לחברו, בניסיון לאחות שברי לוחות, בין אח לבין אחות, בין אהוב לבין אהובתו. "מחכה לתשובה" נהיה לרב מכר. בשנת תשע"ח (2018) יצא לאור "איך היא צומחת", בעריכת יקרת פרידמן, בהוצאת מגיד. חמישים נוסחאות שפותחות שערים לצמיחה, להתחדשות, לשמחה ולברכה. "איך היא צומחת" נהיה לספר זהב. בשנת תשעט (2019) יצא לאור "הזמנה לשמחה", בעריכת יקרת פרידמן, בהוצאת מגיד. הספר מתחקה אחר סודות השמחה, לאור סיפורי רבי נחמן מברסלב והוגים נוספים. בספר זה העידה הרבנית מזרחי כי השמחה היא מחקר חייה. "הזמנה לשמחה" נהיה לרב מכר. מזה עשור, נכון ל-2022, מוציאה הרבנית מדי שנה את "שנה וברכותיה - ספר השנה שלך", יומן שנתי בעל תכנים וחידושים בפרשות השבוע והחגים, ועם ציטוטים של אנשים משפיעים בישראל. משנת 2022 מתפרסם טור קבוע שלה במגזין מוצש מבית מקור ראשון. משנת 2020 מתפרסם טור קבוע שלה בעלון עולם קטן.ספרים נוספים (באנגלית): “Yemima Mizrachi Speaks: Words of Torah. Words of chizuk. Words you have to hear”. Based on her popular classes, and adapted by Shiffy Friedman. Publisher: Artscroll. 2016. “Yearning to Return: Reflections on Yom Kippur”. Edited by Yikrat Friedman, translated by Sarah Rindner Blum. Publisher: Maggid Books. 2020.

בשנת 2021, נבחרה לאחת מ-50 הנשים המשפיעות בישראל על ידי מגזין "גלובס", בשנת 2021, נבחרה לעשירייה הפותחת של המשפיעים והמשפיעות בישראל על ידי עיתון "מקור ראשון". בשנת 2022 נבחרה הרבנית לכהן כנשיאת תוכנית רבניות אירופה, מטעם ועד רבני הקהילות באירופה.

נשואה לרב חיים מזרחי, עורך דין בהכשרתו המשמש כראש ישיבת המקובלים "לשם" בשכונת נחלאות וכראש ישיבת "אבני קודש" במושב עמינדב. מתגוררת בשכונת שערי חסד בירושלים ואם לתשעה ילדים. אחד מילדיה נפטר בצעירותו ממום לב מולד. ביתה שולי נשואה למשורר עדן אביטבול.