Готлиб принадлежит к первому поколению художников, работавших в стиле абстрактного экспрессионизма. Он начал изучать живопись в 1920 г., сначала в нью-йоркской Студенческой лиге искусств, затем в парижской академии "Гран Шомьер". В 1922 г. Готлиб совершил большое путешествие по Франции и Центральной Европе, во время которого познакомился с современным европейским искусством. По возвращении в Нью-Йорк продолжил обучение в Образовательном Альянсе, Купер-Юнионе и Школе дизайна "Парсонс".

Первая персональная выставка художника состоялась в 1930г. в Нью-Йорке. В 1935-40 гг. он выставлялся в составе т.н. "Десятки", в которую, кроме него, входили Джозеф Солман (уроженец Витебска), Марк Ротко (уроженец Двинска), Илья Болотовский  (уроженец Санкт-Петербурга), Луис Шенкер (сын иммигрантов из Румынии), Бен-Цион (уроженец Украины) и др.

К этому времени Готлиб пришёл к выводу, что искусство должно быть выражением бессознательного. На этой основе с 1941 г. он начал создавать первый из своих двух главных художественных циклов - "Пиктографы". Эта работа сделана под влиянием примитивного художественного языка, характерного для произведений американских индейцев.

В 1954 г. Готлиб создал гигантский витраж для 4-этажного фасада Синагоги на Парк Авеню в Нью-Йорке. Он состоял из 91 панели с изображениями, сделанными пятью "библейскими" цветами и посвящёнными четырём темам - библейские сюжеты, религиозные ритуалы, традиционные символы и еврейские праздники. В 1980 г. при перестройке синагоги этот фасад был разобран, но все витражи сохранены и установлены четырьмя группами в разных частях здания.

Вторая значительная серия работ Готлиба "Взрывы", начатая им в 1956 г., характерна значительным упрощением мотивов: на крупноформатных холстах расположены две уложенные одна над другой формы, верхняя - круглая и чётко очерченная, нижняя - хаотично-размытая. По мотивам "Взрывов" он создал также серию скульптур. Готлиб продолжал активно работать и в течение 1960-х годов.

При жизни Готлиба у него было 56 персональных выставок, он участвовал в двух с лишним сотнях групповых выставок. Первая его картина, приобретенная нью-йоркским Музеем современного искусства, была куплена в 1946 г., Музеем Гуггенхайма - в 1948-м. Сегодня его картины, скульптуры, рисунки и гравюры выставлены в 140 музеях мира.

Имя Адольф - от древненемецких слов adal - "благородный" и wolf - "волк". Фамилия Готлиб означает по-немецки "любящий Бога".