1867. november 7-én született Varsóban. Ő volt a párizsi Sorbonne első női professzora, azonkívül elsőnek kapott kétszer Nobel-díjat a fizika, illetve a kémia területein végzett munkájáért.
1883-ban, 15 éves korában érettségizett a varsói lánygimnáziumban, kiváló eredménnyel. Egyetemi tanulmányait a párizsi természettudományi karon végezte, ahol matematikát, fizikát és kémiát tanult. 1893 júliusában fizikából, majd 1894 júliusában matematikából szerzett diplomát. Munkát kapott professzora, a később fizikai Nobel-díjban részesült Gabriel Lippmann kutatólaboratóriumában. Ekkoriban találkozott össze egy társasági összejövetelen Pierre Curie-vel, aki a Párizs Városi Alkalmazott Fizikai és Kémiai Főiskola oktatója volt. 1895 júliusában összeházasodtak. Ettől kezdve a két fizikus alig hagyta el a közösen használt laboratóriumot.
1896-ban Henri Becquerel először jött rá arra, hogy az uránsók olyan sugarakat bocsátanak ki magukból melyek hasonlítanak a röntgensugárzás átható erejéhez. Ekkor Madame Curie elhatározta, hogy egy érdekes technikai eszköz segítségével vizsgálja az uránsugárzást. Az elektrométer használata közben Marie felfedezte, hogy az uránsugárzás az urán kísérleti mintadarabját körülvevő légtérben elektromos áramvezetést okoz. Felfedezésének első eredménye az volt, hogy az urán aktivitása a jelenlévő urán mennyiségétől függ. Kimutatta, hogy a sugárzás nem a molekulák egymásra hatásának eredménye, hanem magukból az atomokból erednek. Pierre Curie biztos volt abban, hogy amit felesége felfedezett, a tudomány szempontjából megállja a helyét. A jelenség annyira felkeltette érdeklődését, hogy ideiglenesen abbahagyta a kristályokon megkezdett munkáját, és csatlakozott felesége kutatásához 1898 júliusában Pierre és Marie együtt adtak ki egy tanulmányt egy általuk újonnan felfedezett elemről, amit Marie hazája tiszteletére polóniumnak nevezett el. 1898 decemberében egy másik elem, a rádium felfedezését is publikálták, amely nevét erős radioaktivitása miatt kapta. 1903-ban professzora, Henri Becquerel felügyelete alatt Marie megkapta doktori címét, Franciaországban elsőként, mint nő. Ugyanebben az évben Pierre Curie Marie Curie, és Henri Becquerel együttesen megkapták a fizikai Nobel-Díjat.
1906. április 19-én Pierre egy utcai balesetben halt meg. 1906 májusában-a sorbonne-i fizikatanszék Marie-re ruházta Pierre helyét, és átadta neki a laboratórium vezetését is. Ezzel Marie kilépett férje árnyékából, és mint az egyetem első női professzora, fáradhatatlan munkába vetette magát, így keresve új értelmet életének.
1911-ben a svéd királyi Tudományos Akadémia neki ítélte az 1911-es kémiai Nobel-Díjat „elismerésképpen a rádium és polónium felfedezésért, a rádium sikeres izolálásáért, és ennek a figyelemre méltó elemnek további tanulmányozásáért”. 1934. július 4-én aplasztikus anémiában egy kelet-franciaországi szanatóriumban halt meg. Halálát a káros hatású, ionizáló sugárzás okozta.