Mary-Louise Parker se narodila 2. srpna 1964 ve Fort Jacksonu v Jižní Karolíně. Její otec, John Morgan Parker, byl soudcem v armádě Spojených států, a matka, Caroline Louise, rozená Morell, se starala o domácnost. Kvůli otcově kariéře se rodina často stěhovala, a tak Mary-Louise strávila dětství na mnoha místech, včetně Texasu, Thajska, Německa a Francie. Tato neustálá změna prostředí jí podle jejích vlastních slov pomohla rozvinout přizpůsobivost a pozorovací schopnosti, které později využila ve své herecké práci. Střední školu navštěvovala v Marcos de Niza v Tempe v Arizoně a poté studovala herectví na North Carolina School of the Arts. Už během studií projevovala velký talent a odhodlání věnovat se divadlu.
Své první herecké kroky učinila Mary-Louise Parker na divadelních prknech, kde si rychle získala pozornost kritiky i diváků. Na Broadwayi debutovala v roce 1990 ve hře „Prelude to a Kiss“, za kterou si vysloužila svou první nominaci na prestižní divadelní cenu Tony. Téhož roku se objevila i ve svém prvním celovečerním filmu, dramatu „Longtime Companion“, které se zabývalo tématem AIDS. Film jí otevřel dveře do Hollywoodu a brzy následovaly další role. V roce 1991 si zahrála po boku Kevina Klinea a Steva Martina v dramatu Lawrence Kasdana „Grand Canyon“ a v témže roce se objevila v kultovním snímku „Smažená zelená rajčata“, kde ztvárnila postavu Ruth Jamison. Tato role jí přinesla širší uznání a upevnila její pozici ve filmovém průmyslu 90. let.
Během devadesátých let se Mary-Louise Parker etablovala jako vyhledávaná herečka s talentem pro ztvárnění komplexních a nuancovaných postav. Mezi její významné filmové role z tohoto období patří například právnický thriller „Klient“ (1994), kde si zahrála po boku Susan Sarandon a Tommyho Lee Jonese, nebo komedie Woodyho Allena „Střely na Broadwayi“ (1994). V roce 1996 se objevila v ceněném filmu „Portrét dámy“ režisérky Jane Campion, adaptaci románu Henryho Jamese. Její schopnost přecházet mezi různými žánry a médii byla patrná i v jejím pokračujícím angažmá v divadle. V roce 2001 dosáhla jednoho z největších divadelních úspěchů, když získala cenu Tony za nejlepší herečku v hlavní roli za svůj výkon ve hře „Proof“.
Přechod do nového tisíciletí přinesl Mary-Louise Parker ještě větší popularitu, zejména díky jejím televizním rolím. V roce 2003 ztvárnila roli Harper Pitt v kritikou oceňované minisérii HBO „Angels in America“, adaptaci Pulitzerem oceněné divadelní hry Tonyho Kushnera. Za svůj strhující výkon získala cenu Emmy a Zlatý glóbus, což ji katapultovalo mezi hereckou elitu. Tento úspěch jí připravil půdu pro její pravděpodobně nejznámější roli: postavu Nancy Botwin v úspěšném seriálu stanice Showtime „Weeds“. V letech 2005 až 2012 ztvárnila matku samoživitelku, která po smrti manžela začne prodávat marihuanu, aby uživila svou rodinu. Role Nancy Botwin jí vynesla další Zlatý glóbus a několik nominací na Emmy, čímž se stala jednou z nejvýraznějších tváří americké televize.
Po skončení „Weeds“ Mary-Louise Parker nadále aktivně pracovala ve filmu, televizi i divadle. Objevila se v akčních komediích „Red“ (2010) a „Red 2“ (2013) po boku Bruce Willise, Morgana Freemana a Helen Mirren. Zahrála si také ve fantasy komedii „R.I.P.D.“ (2013). Na televizní obrazovky se vrátila v menších rolích v seriálech jako „The Blacklist“ (2014) a později v seriálu „Mr. Mercedes“ (2017-2018), založeném na románech Stephena Kinga. V roce 2017 se objevila v minisérii „When We Rise“, která mapovala boj za práva LGBTQ+ komunity. Její divadelní kariéra pokračovala s úspěchem, za role ve hrách „Heisenberg“ (2016) a „The Sound Inside“ (2019) si vysloužila další nominace na cenu Tony.
Osobní život Mary-Louise Parker vzbuzoval zájem médií, ačkoliv si své soukromí vždy snažila chránit. V letech 1996 až 2003 tvořila pár s hercem Billym Crudupem. Jejich vztah skončil, když Crudup odešel k herečce Claire Danes, zatímco Mary-Louise byla v sedmém měsíci těhotenství. Syn William Atticus Parker se narodil v lednu 2004. V roce 2007 Mary-Louise Parker adoptovala dceru Caroline Aberash Parker z Etiopie. Krátce byla zasnoubená s hercem Jeffrey Deanem Morganem, se kterým se seznámila na natáčení „Weeds“, ale jejich vztah skončil v roce 2008. Kromě herectví se Mary-Louise Parker věnuje i psaní. V roce 2015 vydala knihu „Dear Mr. You“, sbírku esejů psaných formou dopisů různým mužům v jejím životě, která získala pozitivní ohlasy za svou upřímnost a literární kvalitu.