Mészáros Márta Kispesten született, édesapja, az ösztöndíjasként több évet is Rómában töltő Mészáros László szobrászművész az 1930-as évek elején kapcsolódott be az illegális munkásmozgalomba, a család pedig 1935-ben a Szovjetunióba költözött. A családfő Frunze (a mai Biskek) városában a kirgiz művészeti akadémia egyik alapítója lett, majd a sztálini tisztogatások idején koncepciós perben kivégezték, a filmrendező anyja nem sokkal később tífuszban halt meg, az árván maradt gyerekeket pedig 1946-os hazatérésükig a magyar kolónia vette gondjaiba.
Mészáros Márta a moszkvai filmfőiskolán végzett (gyermekként első filmélménye A dzsungel könyve volt), ezután Magyarországon és Bukarestben rendezett híradókat és riportfilmeket. 1958-ban feleségül ment Jancsó Miklós rendezőhöz, és a Mafilm rövidfilmrendezője lett. Készített népszerű tudományos és oktató filmeket, valamint képzőművészeti kisfilmeket is (Vásárhelyi színek, Tornyai János, Festők városa, Borsos Miklós).
Jelenet Mészáros Márta 1975-ös Örökbefogadás című filmjéből
Első játékfilmjét 1968-ban forgatta Eltávozott nap címmel, amelyben az állami gondozásban felnőtt, a maga sorsát határozottan irányító fiatal nő szerepét Kovács Kati énekesnőre bízta. További filmjeiben (Holdudvar; Szép lányok, ne sírjatok!) is a nők döntéshelyzetei és magatartásformái foglalkoztatták. Tabukat döntögető témái és szemléletmódja Magyarországon nem mindig talált elismerésre, ugyanakkor külföldön a feminista mozgalmak követői rendszeresen hivatkoztak rá. A témához az 1993-as A magzat című filmmel tért vissza, amelyben egy kétgyermekes anyát állít válasz elé újabb terhessége. Az 1998-as A szerencse lányai egy Lengyelországban szerencsét próbáló, végül prostituálttá váló orosz asszony drámája.
Az egy intézeti kislány és egy negyvenéves nő egymásra találásáról szóló Örökbefogadásért (1975) a Berlini Filmfesztivál történetében első női rendezőként kapta meg az Arany Medve-díjat. Következő filmjéért, az emberi kapcsolatokat újszerűen ábrázoló Kilenc hónapért az 1977-es cannes-i filmfesztiválon elnyerte a filmkritikusok díját (FIPRESCI). Az Ők ketten című alkotása (1977) az egyetlen film, amelyben együtt szerepelt a francia Marina Vlady és férje, a legendás orosz színész-énekes Vlagyimir Viszockij.
1982-ben született az önéletrajzi ihletésű, a rendezőnőről mintázott Julcsi sorsát és eszmélését nyomon követő Napló-sorozat első része, a Napló gyermekeimnek. Ezt követte 1987-ben a Napló szerelmeimnek, 1990-ben a Napló apámnak, anyámnak, a Kisvilma 1999-es első része pedig az 1945-ben hazatérő család megpróbáltatásairól, a kamaszlány ébredő ösztöneiről szól. A második részben Julcsi Moszkvába kerül, filmrendező lesz és apja nyomát kutatja, a harmadik részben a forradalom végén hazatérve döbben rá a hazai valóságra. A trilógia előzményeiről szóló utolsó rész Kirgizisztánban játszódik, ahol a rendezőnő gyermekkorát töltötte. A politikailag kényes téma miatt az első rész ideiglenesen dobozba került, bemutatásához néhány eredeti híradófelvételt ki kellett cserélni és meg kellett vágni. A Napló gyermekeimnek Cannes-ban a zsűri nagydíját nyerte el, a Napló szerelmeimnek pedig Berlinben Ezüst Medvét kapott.
A rendező több filmjében választotta központi szereplőnek a közelmúlt történelmének nagy alakjait: A hetedik szobában Edith Stein, a zsidókkal sorsközösséget vállaló önfeláldozó apáca, A temetetlen halottban pedig az 1956-os forradalom mártír miniszterelnöke, Nagy Imre életét dolgozta fel. 2009-ben a szociáldemokrata politikus Kéthly Annáról forgatott filmet Utolsó jelentés Annáról címmel.
2001-ben Bartók A csodálatos mandarinjából készített táncfilmet. Több alkalommal is színpadra állította – nem csak Magyarországon – Pataki Éva darabját, amely Edith Piaf és Marlene Dietrich életét és kapcsolatát mutatja be, 2010-ben pedig a Fellini Cabiria éjszakái című filmjéből készült darabot rendezte a Karinthy Színházban.
Legutóbbi mozifilmjét, amelyben Törőcsik Mari egyik utolsó alakítását nyújtotta, Aurora Borealis – Északi fény címmel 2017-ben mutatták be, és azonos címmel a film készítésének folyamatát felidéző beszélgetőkönyv is megjelent. Mészáros Márta a témát ezúttal is a múlt századi történelemből merítette, művét a második világháború után szovjet katonák és osztrák nők kapcsolatából született gyermekek, az identitásválsággal küszködő „apátlan nemzedék” tagjai ihlették.
Törőcsik Mari, Mészáros Márta és Tóth Ildikó az Aurora Borealis - Északi fény című film forgatásán
Művészete elismeréseként 1977-ben Balázs Béla-díjat kapott, 1985-ben érdemes művész lett, 1990-ben Kossuth-díjjal, 2004-ben a Magyar Mozgókép Mestere címmel tüntették ki. 2005-ben megkapta a Magyar Köztársasági Érdemrend középkeresztje (polgári tagozat) kitüntetést, két évvel később a Nagy Imre-érdemrendet, 2011-ben a Magyar Filmkritikusok Életműdíját, 2013-ban Prima-díjas lett.
Az elmúlt évtizedben több nemzetközi filmfesztiválon ismerték el életművét, többek között megkapta a Berlinale Kamera-díját. 2017-ben az Oscar-díjakról döntő amerikai filmakadémia tagja lett, a Német Művészeti Akadémia Konrad Wolf-díjával, 2018-ban pedig itthon Hazám-díjjal tüntették ki. Két éve a Berlinalén az Örökbefogadás, idén Cannes-ban pedig a Napló gyermekeimnek című filmjének felújított változatát mutatták be.
(Borítóképet készítette Mónus Márton)