Marie Curie nasceu na atual capital da Polónia, em Varsóvia, a 7 de Novembro de 1867, altura em que a mesma fazia parte do Império Russo. Com o auxílio financeiro de sua irmã mudou-se já na juventude para Paris.
Após vários anos de trabalho constante, através da concentração de várias classes de pechblenda, isolaram dois novos elementos químicos. O primeiro foi nomeado Polónio, em homenagem à sua terra Natal, e o outro Rádio, devido à sua intensa radiação, do qual conseguiram obter em 1902 0,1 g.
Licenciou-se em primeiro lugar em Ciências Matemáticas e Física, na universidade de Sorbonne. Foi a primeira mulher a lecionar neste prestigiado estabelecimento de ensino.
Casou-se em 1895 com Pierre Curie, professor de Física, tendo então adotado o nome de Marie Curie. Em 1896, Henri Becquerel incentivou-a a estudar as radiações, por ele descobertas, emitidas pelos sais de urânio. Juntamente com o seu marido, Marie começou, então, a estudar os materiais que produziam esta radiação, procurando novos elementos que, segundo a hipótese que os dois defendiam, deveriam existir em determinados minérios como a pechblenda (que tinha a curiosa característica de emitir mais radiação que o urânio que dela era extraído). Efetivamente, em 1898 deduziram essa explicação: haveria, com certeza, na pechblenda, algum componente que libertava mais energia que o urânio; em 26 de dezembro desse ano, Marie Curie anunciava a descoberta dessa nova substância à Academia de Ciências de Paris.
Posteriormente partindo de oito toneladas de pechblenda, obtiveram mais 1 g de sal de Rádio. Nunca patentearam o processo de obtenção desenvolvido. Os termos radioativo e radioatividade foram inventados pelo casal para caracterizar a energia libertada espontaneamente por este novo elemento químico.
Com Pierre Curie e Antoine Henri Becquerel, recebeu o Prémio Nobel da Física, em 1903 "em reconhecimento pelos extraordinários serviços obtidos em suas investigações conjuntas sobre os fenómenos da radiação, descoberta por Henri Becquerel". Foi a primeira mulher a receber tal prémio.
Oito anos depois recebeu o prémio Nobel da Química em 1911 «em reconhecimento pelos seus serviços para o avanço da química, pela descoberta dos elementos rádio e polónio, o isolamento do rádio e o estudo da natureza dos compostos deste elemento». Com uma atitude desinteressada, não patenteou o processo de isolamento do rádio, permitindo a investigação das propriedades deste elemento por toda a comunidade científica.
O prémio Nobel da Química foi-lhe atribuído no mesmo ano em que a Academia de Ciências de Paris a rejeitou para sócia, após uma votação ganha por Edouard Branly, tendo perdido a admissão apenas por um voto.
Em 1906, sucedeu ao seu marido na cadeira de Física Geral, na Sorbonne.
Durante a Primeira Guerra Mundial, Curie propôs o uso da radiografia móvel para o tratamento de soldados feridos. Em 1921 visitou os Estados Unidos, onde foi recebida triunfalmente. O motivo da viagem era arrecadar fundos para a pesquisa. Nos seus últimos anos foi assediada por muitos físicos e produtores de cosméticos, que usavam material radioativo sem precauções.
Foi ainda a fundadora do Instituto do Rádio, em Paris, onde se formaram cientistas de importância reconhecida. Em 1922 tornou-se membro associado livre da Academia de Medicina.
Marie Curie morreu perto de Salanches, França, a 4 de julho de 1934 de leucemia, devido, seguramente, à exposição maciça a radiações durante o seu trabalho. A sua filha mais velha, Irène Joliot-Curie, recebeu pela mãe o segundo Prémio Nobel da Química, em 1935, que lhe foi atribuído no ano seguinte à sua morte.
O seu livro "Radioactivité" (escrito ao longo de vários anos), publicado a título póstumo, é considerado um dos documentos fundadores dos estudos relacionados com a Radioatividade clássica.
Em 1995 os seus restos mortais foram transladados para o Panteão de Paris, tornando-se na primeira mulher a ser sepultada neste local.
A sua filha, Éve Curie, escreveu a mais famosa das biografias da cientista, que foi amplamente traduzida em vários idiomas. Em Portugal, é editada pela editora "Livros do Brasil". Esta obra deu origem ao argumento de um filme de 1943: "Madame Curie", realizado por Mervyn LeRoy e com Greer Garson no papel de Marie.
Foram também feitos dois telefilmes sobre a sua vida: "Marie Curie: More Than Meets the Eye" (1997) e "Marie Curie - Une certaine jeune fille" (1965), além de uma mini-série francesa, "Marie Curie, une femme honorable" (1991).
O elemento 96 da tabela periódica, o Cúrio, símbolo Cm foi baptizado em honra do Casal Curie.
Foi a primeira pessoa a receber dois Prémios Nobel em campos diferentes. A única outra pessoa, até hoje, foi Linus Pauling.
No entanto, Marie Curie foi a única pessoa a receber dois prémios Nobel em áreas científicas.