مریم میرزاخانی در ۲۲ اردیبهشت ۱۳۵۶ (۱۲ مه ۱۹۷۷) در تهران متولد شد،

پدرش احمد میرزاخانی مهندس برق و رئیس هیئت مدیره مجتمع آموزشی نیکوکاری رعد بود. پدرش اهل طالقان استان البرز است. مریم با اتمام تحصیلات ابتدایی با شرکت در آزمون ورودی مدارس سمپاد (سازمان ملی پرورش استعدادهای درخشان‌) وارد دبیرستان فرزانگان تهران شد.

او در سال‌های ۱۳۷۳ و ۱۳۷۴ (سال سوم و چهارم دبیرستان) از دبیرستان فرزانگان تهران موفق به کسب مدال طلای المپیاد ریاضی کشوری شد و بعد از آن در سال ۱۹۹۴ در المپیاد جهانی ریاضی هنگ کنگ با امتیاز ۴۱ از ۴۲ مدال طلای جهانی گرفت. سال بعد، در المپیاد جهانی ریاضی کانادا میرزاخانی با نمرهٔ کامل، رتبهٔ اول طلای جهانی را به دست آورد.

مریم میرزاخانی به همراه رؤیا بهشتی اولین دخترانی بودند که به تیم المپیاد ریاضی ایران راه یافتند. مریم اولین دختری بود که در المپیاد ریاضی ایران طلا گرفت. وی اولین کسی بود که دو سال مدال طلا گرفت و اولین دانش‌آموز شرکت‌کننده از ایران بود که در آزمون المپیاد ریاضی نمره کامل گرفت.

او دورهٔ کارشناسی را در دانشگاه صنعتی شریف طی کرد. در این دوره،  اثبات ساده‌ای برای قضیهٔ شُر یافت که در ماه‌نامهٔ انجمن ریاضی آمریکا چاپ شد.  سپس به دانشگاه هاروارد رفت و آن‌جا بر سر کلاس‌های کورتیس مک‌مولن (از برندگان جایزه فیلدز) حاضر می‌شد. مک‌مولن او را در این دوران این‌طور به یاد می‌آورد که بر سر کلاس‌هایش سوال‌های زیادی می‌پرسید و با عجله به فارسی یادداشت برمی‌داشت. او سرانجام در سال ۲۰۰۴ از دانشگاه هاروارد و به سرپرستی مک‌مولن دکترا گرفت.

بعد از اخذ دکترا،  با عنوان استادیار در دانشگاه پرینستون به تدریس مشغول شد. یک سال بعد در سال ۲۰۰۵ نشریه پاپیولار ساینس آمریکا او را به عنوان یکی از ۱۰ ذهنِ جوان جهان برگزید. میرزاخانی تا سال ۲۰۰۸ در پرینستون ماند و در این مدت به درجهٔ استاد تمامی ارتقا یافت. سپس او به استنفورد رفت، و از اول سپتامبر ۲۰۰۸ در ۳۱ سالگی به عنوان استاد تمام در این دانشگاه به کار مشغول شد.

مریم میرزاخانی در سال ۱۳۸۴ با همسرش یان واندراک ازدواج کرد، یان نیز دانشیار ریاضی دانشگاه استنفورد و پژوهشگر سابق علوم رایانه نظری مرکز تحقیقات آی‌بی‌ام و اهل جمهوری چک است.او یک دختر به نام آناهیتا دارد.

در اسفند ۱۳۷۶، اتوبوس حامل دانشجویانِ ریاضی شرکت‌کننده در بیست و دومین دورهٔ مسابقات ریاضی دانشجویی از اهواز، محل برگزاری مسابقه، راهی تهران بود. تیمِ متشکل از میرزاخانی، ایمان افتخاری و حسین نمازی در مسابقه رتبهٔ اول کشور را کسب کرده بودند. در حادثه‌ای که پیش آمد، اتوبوس به دره سقوط کرد. شش دانشجوی ریاضی دانشگاه شریف، که اغلب از برگزیدگان المپیادهای ریاضی ملی و بین‌المللی بودند، جان باختند. او از جمله بازماندگانِ این سانحه بود.

در تیر ۱۳۹۶ اعلام شد میرزاخانی به دلیل ابتلاء به سرطان در بیمارستانی در آمریکا بستری شده‌است. وی از چهار سال پیش‌تر به سرطان پستان مبتلا بوده و این سرطان به مغز استخوان اوسرایت کرده بود. پدر و مادر وی برای مراقبت از او به آمریکا رفتند. سرانجام مریم میرزاخانی در ۲۳ تیر ۱۳۹۶ در ۴۰ سالگی در بیمارستانی در کالیفرنیا درگذشت.

در چهارم نوامبر ۲۰۱۹ بنیاد جایزه بریکترو اعلام کرد که جایزه جدیدی به نام جایزه مریم میرزاخانی مرزهای نو را ایجاد کردند که به زنان پیشتاز در علم ریاضی تقدیم خواهد شد. این جایزه به مبلغ ۵۰٬۰۰۰ دلار هرساله به زنان ریاضیدان تازه‌کار که دکترای خود را در دو سال قبل از تقدیم جایزه گرفته‌اند پرداخت می‌شود. جایزه ممکن است به دو نفر تعلق گیرد.

افتخارات مریم میرزاخانی:

مدال طلا. المپیاد جهانی ریاضی (هنگ‌کنگ ۱۹۹۴)

مدال طلا (با نمرهٔ کامل). المپیاد جهانی ریاضی (کانادا ۱۹۹۵)

همکار پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، تهران، ایران از ۱۹۹۵ تا ۱۹۹۹

جایزهٔ افتخاری دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۰۳

جایزهٔ برترین فارغ‌التحصیلان دانشگاه هاروارد در سال ۲۰۰۳

جایزهٔ پژوهشگر برتر بنیاد ریاضیات کلی در سال ۲۰۰۴

جایزهٔ ای‌ام‌اس بلومنتال در سال ۲۰۰۹

دعوت به کنگره بین‌المللی ریاضیات در سال ۲۰۱۰ برای سخنرانی در مورد «توپولوژی و سیستم‌های پویا و معادله دیفرانسیل معمولی»

جایزه ستر از طرف انجمن ریاضی آمریکا در سال ۲۰۱۳

انتخاب به عنوان یکی از ده فرد مهم سال ۲۰۱۴ از سوی مجله نیچر

جایزه بنیاد ریاضیات کلی در سال ۲۰۱۴

سخنران مدعو کنگرهٔ بین‌المللی ریاضی (۲۰۱۴)

مدال فیلدز سال ۲۰۱۴ سئول

عضویت در فرهنگستان علوم فرانسه در سال ۲۰۱۵

عضویت در مجمع فیلسوفان آمریکا در سال ۲۰۱۵

عضویت در آکادمی ملی علوم آمریکا در سال ۲۰۱۶

عضویت در فرهنگستان هنر و علوم در سال ۲۰۱۷