Nació en Varsovia el 7 de noviembre de 1867. En 1893 se licenció en la Sorbona en Ciencias Físicas y, en 1894, en Matemáticas. Un año después, contrajo matrimonio con el científico Pierre Curie. En 1898, al estudiar las propiedades de los rayos uránicos descubiertos por Henri Becquerel, el matrimonio Curie descubrió dos nuevos elementos químicos: el polonio -que debe el nombre a su país natal- y el radio, que les daría fama universal.

En 1903 recibió Premio Nobel de Física junto a Pierre Curie y Henri Becquerel, convirtiéndose en la primera mujer galardonada. En 1906, tras la muerte de su marido, ocupó su cátedra en la Sorbona -siendo la primera profesora de esta universidad- y dirigió el laboratorio, logrando aislar radio puro. En 1911 recibió el Premio Nobel de Química, convirtiéndose en la primera persona galardonada en dos ocasiones.

Durante la Primera Guerra Mundial ideó los famosos Coches Curie, dotados de equipos de Rayos X con los que radiografió a miles de heridos y salvó innumerables vidas. Desde el final de la guerra dirigió el Instituto del Radio de París -referente internacional de la radiactividad- y viajó a numerosos países, convirtiéndose en una gran embajadora de la ciencia. A España vino en tres ocasiones: en 1919, para participar en el I Congreso Nacional de Medicina; en 1931, para ofrecer una conferencia en la Residencia de Estudiantes y en 1933, para presidir el debate internacional sobre El porvenir de la cultura.

Murió en un sanatorio de los Alpes franceses el 4 de julio de 1934 a los 66 años, a causa de una anemia perniciosa causada por la excesiva exposición a material radioactivo. En 1995 fue solemnemente inhumada en el Panteón de Hombres Ilustres de Francia, siendo la primera mujer y la primera persona extranjera que alcanzó ese honor.