María Goeppert Mayer nació el 28 de junio de 1906 en Katowice (Polonia), en una familia con gran tradición científica. Estudió física en la Universidad de Göttiengen, y poco después se casó con el físico Joe Mayer. En el tema de su tesis doctoral elaboró una teoría sobre la energía emitida por los electrones que se demostraría después a través del empleo de los rayos láser.
Más tarde decidió emigrar junto con su marido a Estados Unidos para poder dedicarse a la investigación. Durante este periodo de su vida dio a luz a sus dos hijos, que pusieron a prueba su capacidad para compaginar sus tareas de cuidado como madre y su investigación científica.
Tras superar estas dificultades logró entrar en la Universidad de California en 1960, y en 1963 se le otorgó el premio Nobel de Física junto con Hans Jensen y Eugene P. Wigner, por sus descubrimientos relacionados con la corteza atómica.
Emigró a los Estados Unidos de América, e impartió años de trabajo voluntario en docencia e investigación en la Universidad de John Hopkin. Por ser esposa de otro profesor, no fue contratada en sus años más productivos.
Mientras tanto, también enfrentó los retos de la doble función: madre y profesional. El nacimiento y crianza de sus hijos Marianne (1933) y Peter (1838) cambiaron temporalmente su intensa vida social y cuestionaron su continuidad como investigadora. Junto con su esposo enfrentó estos retos y ambos siguieron adelante. Tuvo algunos trabajos remunerados temporales, pero sólo a partir de 1960 fue contratada en propiedad por la Universidad de California.
Su trabajo promovió la teoría de que la estabilidad de los núcleos atómicos era debido a la posición de los protones y neutrones en órbitas relativamente fijas.
Después de una enfermedad prolongada, murió en San Diego el 20 de febrero 1972
