1876. augusztus 7-én Hollandiában született eredeti nevén Margaretha Geertruida Zelle kohóépítő munkás apa és háztartásbeli anya gyermekeként. 19 éves koráig zárdában nevelkedett, majd újsághirdetésen keresztül ismerkedett meg későbbi férjével a 20 évvel idősebb tengerésztiszttel, John Macloaddal, akihez rövidesen feleségül ment, és két gyermekük született. Németországból először Jáva, majd Szumátra szigetére költöztek. A család az iszákos férj bántalmazásai és egyik gyermekük halála miatt lassan szétment, végül Margaretha elhagyta a családot. 1903-ban Párizsba utazott, hogy színésznő legyen, pár évvel később azonban mint kurtizán és bártáncosnő bukkant fel. Itt kezdte meg híressé vált táncos karrierjét, melyhez a Lady MacLoad után a Mata Hari nevet vette fel, és amelyhez különleges múltat kreált magának.

Indiai táncosnőként hódította meg a férfiszíveket: lenge öltözékben előadott egzotikus tánca elbűvölte a párizsiakat, népszerűsége hamarosan bárók és bankárok zártkörű szalonjainak botrányt keltő főszereplőjévé tette. 1906-ra már Európa-szerte ismert volt, előadásaival fellépett Madridban, Monte Carloban, Berlinben, Bécsben és Rómában is. Az 1910-es évekre Európa legjobban kereső kurtizánjává vált. Karrierje azonban lassan válságba jutott, egyre több utánzója akadt, hírneve pedig megkopott. A háború kezdetéig Párizs és Berlin között ingázott.

Az I. világháború alatt a franciák a németeknek való kémkedéssel vádolták meg, 1917. februárjában letartóztatták, és a Saint-Lazare börtönbe zárták. A hadbíróság júliusban mondta ki az ítéletet: hazaárulás és kettős kémkedés vádjával golyó általi halálra ítélték, a kivégzést azonban elhalasztották. Bár Mata Hari az utolsó pillanatig kegyelemben reménykedett, 1917. október 15-én a vincennes-i lőtéren kivégezték. Halála napján is elegáns ruhát viselt csinos kesztyűvel, higgadt viselkedése miatt pedig több találgatás és történet látott napvilágot halálát illetően. Mivel holtestéért senki sem jelentkezett, és nem volt hajlandó tisztességben eltemetni, ezért a Sorbonne Egyetem orvosi karának adományozták.