Rođena 1818. godine u Sjedinjenim Američkim Državama, Marija Mičel bila je treće od desetoro dece oca Vilijema i majke Lidije, koji su bili članovi religijskog hrišćanskog pokreta. Kao takvi, oni su se zalagali za jednako obrazovanje ženske dece, tako da su ona i njene sestre dobile visokokvalitetno obrazovanje zajedno sa braćom.
Osnovno obrazovanje je stekla iz škole za mlade dame Sajrusa Pirsa, a nakon toga je pohađala gimnaziju u kojoj je njen otac bio direktor, da bi po završetku obrazovanja, sa šesnaest godina, otvorila školu za obuku devojčica iz matematike i prirodnih nauka.
Budući da je njen otac, osim što je bio učitelj, bio i astronom, Marija je interesovanje za zvezde nasledila upravo od njega, te joj je on počeo predavati astronomiju koristeći svoj teleskop kod kuće. S ozbirom da je brzo upijala znanja o nebeskim telima, počela je da pomaže svom ocu u njegovoj proveri tačnosti zapažanja zvezda za ostrvo Nantaket. Naime, u XIX veku stanovnici ovog ostrva bili su čuveni po teleskopima koje su držali usmerenim ka moru u iščekivanju povratka lokalnih ribolovačkih brodova i kitolovaca, međutim, Marija je svoje teleskope okrenula ka zvezdama, pa je pomagala ocu prilikm utvrđivanja termina pomračenja.
U oktobru, 1847. godine, bila je na krovu njihove kuće, gde je njen otac napravio jednostavnu opservatoriju. Tom prilikom, pomerajući teleskop, ugledala je nešto što se nije nalazilo na njenim astronomskim kartama, kometu, koja će kasnije biti nazvana „Kometa gospođice Mičel“. Za ovo otkriće nagrađena je zlatnom medaljom, koju je šesnaest godina ranije, danski kralj Frederik VI ponudio onoj osobi koja kroz teleskop otkrije kometu. Takođe, ovo dostignuće joj je donelo, godinu dana kasnije, i titulu prve žene koja je izabrana za člana Američe akademije nauka i umetnosti.
Postavši prva žena profesionalni astronom u Sjedinjenim Američkim Državama, Marija Mičel je posećivala opservatorije širom sveta i javno zastupala učešće žena u nauci, zatim ukidanje ropstva i davanja prava glasa ženama. Pisala je o tome kako je strm i težak uspon u nauci i da se kao takav teško može uskladiti sa dužnostima i obavezama majke i supruge.
Postala je prva žena profesor u SAD, kad ju je unajmio Koledž Vašar 1865. godine, a tamo je nastavila svoje opservacije, posebno Sunca, putujući oko tri hiljade kilometara kako bi prisustvovala pomračenju. Ujedno, prkosila je društvenim konvencijama tako što je svoje učenice izvodila noću radi nastave i posmatranja neba, a dovela je i zapažene feministkinje u svoju opservatoriju da govore o političkim temama. Mičelina istraživanja često su objavljivana u akademskim časopisima koji su tradicionalno, u to vreme, predstavljali samo muškarce.
Tokom svog života, bila je lider u osnivanju Američkog udruženja za unapređenje žena, a zatim i njegova predsednica, kao i potpredsednica jednog od retkih profesionalnih udruženja mešovitog pola tog vremena, pionirskog Američkog udruženja društvenih nauka.
Marija Mičel je umrla 1889. godine, a u znak sećanja na nju, prijatelji i pristalice osnovali su Udruženje Marija Mičel, kako bi sačuvali njen dom koji je otvoren za posetioce. Čast joj je odana i time što lunarni krater na Mesecu nosi njeno ime, a bila je jedna od tri žene izabrane u Kuću slavnih velikih Amerikanaca.
