마리 퀴리는 1867년 11월 7일, 동부 유럽 폴란드의 바르샤바에서 태어났다. 결혼 전 이름은 Marja Skłodowska이다. 당시 폴란드는 분할 지배하에 있었기 때문에 어렸을 때부터 제정 러시아의 압정을 겪으며 자랐다. 아버지는 김나지움의 수학 및 물리학 교사였다. 10세 때 어머니를 잃고 17세 무렵부터 가정교사 등을 하면서 독학하였다. 1891년 파리의 소르본대학에 입학, J.H.푸앵카레, G.리프만 등의 강의를 들었으며, 수학 ·물리학을 전공하였다.

그녀는 일생 중 많은 업적을 남겼으며, 여성 최초로 노벨상을 받았다.
좋은 집안에서 훌륭한 교육을 받은 그녀는 아직 어렸을 당시에 프랑스의 파리로 수학, 화학, 물리학 등을 배우기 위해 유학의 길을 떠났다. 이때가 1891년이었다.
그녀는 또 한번 최초의 여성이 되었는데, 소르본 대학 강당에서 학생을 가르친 최초의 여성이었다.
얼마 후 당시 파리 대학에서 물리학을 가르치던 "피에르 퀴리"와 결혼했으며, 남편과 공동으로 연구생활을 시작하였다. 당시 물리학에서는 새로운 사상이 잇달아 발견된 시기였는데, 뢴트겐의 X선 발견, H.베크렐의 우라늄 방사능 발견에 자극되어 퀴리 부부도 방사능 연구에 착수하였다. 먼저 베크렐의 추시부터 시작, 이때 방사능의 세기를 측정하는 데에 전기적 방법(피에르가 발견한 압전기의 이용)을 썼다. 그것은 방사선의 정량적 측정법으로서 베크렐의 사진법보다 편리했다. 토륨도 우라늄과 마찬가지의 방사선을 방사한다는 것을 발견하고, 그것을 ‘방사능(radioactivity)’이라 불렀다.

또한 방사능이 원자 자체의 성질이라는 것을 알았다. 여러 가지 시료에 대하여 측정하던 중 우연히 우라늄광물 피치블렌드가 우라늄 자체보다도 강한 방사능을 보인다는 것을 관찰하고, 그 속에 미지의 강한 방사성 성분이 존재할 것이라고 추정, 이것의 추출을 시도했다. 보헤미아의 요아힘스탈에서 산출되는 피치블렌드에 대하여 방사능을 바탕으로 화학분석을 하여(방사화학분석법의 시초), 1898년 7월 폴로늄을 발견하였다. 이것은 그녀의 조국 폴란드의 이름을 따서 붙여진 것이다. 이어 그 해 12월 라듐을 발견하였다.

이 두 원소는 방사성원소로서 발견된 최초의 것으로, 특히 라듐은 우라늄에 비하여 훨씬 강한 방사능을 가진다는 점에서 중요한 것이었다. 이 발견은 방사성물질에 대한 학계의 관심을 불러일으켜, 새 방사성원소를 탐구하는 계기를 만들었다. 이러한 업적으로 1903년 퀴리 부부는 베크렐과 함께 노벨물리학상을 받았다. 피에르는 소르본대학 이학부 교수, 마리는 그 실험실 주임이 되었다.
얼마 후 남편이 교통사고로 죽자, 이 후 단독으로 방사성물질을 계속 연구, 1907년 라듐 원자량의 보다 정밀한 측정에 성공하고, 1910년에 금속 라듐의 분리에도 성공하였다. 그 동안 남편의 후임으로 여성으로서 최초의 소르본대학 교수가 되었고, 라듐연구소 건립에도 노력하였다. 이것은 그 후 파스퇴르실험소와 퀴리실험소가 되었는데, 그녀는 퀴리실험소 소장으로서 프랑스의 과학 연구에 공헌하였다.

물리학자인 장녀 이렌은 마리의 실험조수로 있던 F.졸리오 퀴리와 결혼, 1935년 남편과 함께 인공방사능 발견의 공적으로 노벨화학상을 받았다. 마리 퀴리는 1950년에 생을 마감하였는데, 추측하건데 오랜 연구로 인체에 나쁜 영향을 주는 방사능에 많이 노출되었기 때문이 아닐까 여겨진다. 얼마 후 라듐 연구소는 그녀의 업적을 기려 '퀴리 연구소'로 명칭을 바꾸어 운영되었다.
백혈병으로 사망한 지 61년 만인 1995년 4월 20일 남편 피에르 퀴리와 함께 여성으로는 사상 처음으로 역대 위인들이 안장되어 있는 파리 팡테옹 신전으로 이장되었다.