Su infancia fue de lo más desgraciada, su madre sufría ataques de locura y la niña pasó de hogar a hogar y de orfanato a orfanato. Su padre era desconocido aunque ella fue registrada con el apellido Mortenson.A los 15 años fue violada y entregó a su hijo, fruto de la violación, a un orfanato. Con sólo 16 años contrae matrimonio por primera vez y comienza a trabajar en una fábrica de montaje de paracaídas. Fue Harry Lipton, de la Fox, el que la descubrió. Tomó algunas clases de arte dramático pero las cosas no rodaban del todo bien.
Pagó peaje sexual para conseguir algunos papeles y el secreto de su contoneo residía en el recortamiento de uno de sus tacones. Su oportunidad le llegó de la mano de Groucho Marx en la película "Amor en conserva". Era insegura e inpuntual y retrasaba todo lo posible el momento de ponerse ante las cámaras. Llegó a repetir hasta 65 veces alguna de sus escenas.
Su adicción a ciertas drogas como el Seconal, era ya manifiesta. Marilyn siempre tuvo terror a dormir y no podía conciliar el sueño sin tranquilizantes.
La degradación total de la actriz comienza en 1958. La industria del cine no la quiere por su falta de profesionalidad y sus constantes retrasos que hace perder miles de dólares a los estudios. Prepara "Con faldas y a lo loco", uno de sus mayores éxitos que, sin embargo, le iba a deparar un rodaje insufrible a sus compañeros, Jack Lemmon y Tony Curtis, quienes pasaban horas maquillados de mujer esperando rodar las secuencias en las que aparecían con Marilyn, que en esa fecha estaba casada con Arthur Miller.
Otro aborto, tras terminar la película, la llevó directa al hospital para una operación de ginecológica. Su salud ya nunca fue buena, a la vez que su matrimonio con Miller estaba en franco deterioro. Él le había regalado el guión de "Vidas rebeldes" con Clark Gable y Monty Clift, cuyo rodaje se estableció en Reno y también estuvo cuajado de problemas. En 1962, tras divorciarse de Miller, comienza el rodaje de "Something's to give" dirigida por George Cukor. Fue su última película y no llego a termiarla.
En la madrugada del 4 al 5 de agosto de 1962 murió, oficialmente por una sobredosis de barbitúricos aunque su muerte sigue rodeada aun de un halo de misterio. Tuvo cuatro maridos y docenas de amantes, pero siempre se sintió sola.
Una de sus frases más famosas fue:
· ¿Qué se pone para dormir?
- Un poco de Channel nº 5
· ¿Y nada más?
- Bueno sí, también pongo la radio.
