玛塔·哈丽原名玛格丽莎，1876年8月7日出生于荷兰弗里斯兰省。1903年，玛格丽莎在经历婚姻挫折后移居法国巴黎，在此期间改艺名为玛塔·哈丽。1905年3月13日，玛塔·哈丽在巴黎吉梅博物馆首次演出一夜成名，玛塔·哈丽用她惊艳的表演，将整个巴黎的娱乐业带入了一个崭新的境界，她也借此逐渐接近了富人阶层。
虽然玛塔·哈丽并没有惊人的美貌，但她性感妩媚的形象，使她以交际花的身份周旋于法国、德国和俄罗斯等国的军政显要之间。玛塔·哈丽曾说她在一个偶然的机会获得了英国军情五处军官接见，并答应成为法国军队的间谍，只是法国军方从来没有正式确认此事。1917年1月，德国军队向柏林发送了一封电报，这封电报描述了一个代号H-21的德国间谍所采集到的大量情报。法国情报人员截获了这份情报，并破译了全部内容，很快判定出H-21即是玛塔·哈丽。值得注意的是，德国人在这封电报中采用了先前已经被法国破解的编码方式，这就给以后史学家留下了很大的疑问，很多人猜测德国是否为有意地实行反间计，或许正如玛塔·哈丽自己所言，她是在以双重间谍的身份为法国效力，而德国人仅是借刀杀人，这些都不得而知。
1917年2月13日，玛塔·哈丽在她的寓所中被捕。此时，法国在一战中正处于极度被动的地位，士气低落，几十万协约国的将士在战场上死亡，所以军政府也急切地需要寻找替罪羊。也许玛塔·哈丽正是最合适的人选，她被指控为德国间谍，对数万士兵的死亡负有责任。尽管很多假定都仅仅来自推测，并无确凿的证据，但她仍然被认定有罪，并最终在10月15日被枪决，终年41岁。关于玛塔·哈丽被判死刑的原因，最新推断来自法国历史学家菲利普·考勒斯，他的外曾祖父便是当年负责审理玛塔·哈丽“间谍叛国”案的主审法官埃尔·波查顿，由于老婆婚后“红杏出墙”，在波查顿眼里女人一下子全成了“祸水”，作为当时混迹巴黎社交圈的“花蝴蝶”玛塔·哈丽便顺理成章地成为波查顿的“报复首选”。因此，玛塔·哈丽最终被推上刑场，全因她被捕后的主审法官埃尔·波查顿所赐。
玛塔·哈丽死后，她的尸体无人认领，因此最终被用于医学用途。她的头颅经过防腐处理后，存入了巴黎解剖学博物馆。但是直到2000年，该馆的保管才发现头颅已经丢失。据后来分析，丢失很可能是1954年该馆搬迁时发生的。
作为一个曾经红极一时的艳舞演员突然以间谍的身份被枪决，这也立即引出了很多的流言。一种流言是，玛塔·哈丽在临死前给了行刑者一个飞吻，又或者她只是飞吻了她的律师，一个她从前的情人。她的遗言是“谢谢，先生”。另一种流言是，她故意解开了她的上衣，裸露出她的乳房，以迷惑行刑者。但1934年美国杂志《纽约客》的报道却是，“她穿着一身整洁的女士西服，双手戴一副崭新的白手套，一切都是专门为这个场合精心准备”。第三种流言是，玛塔·哈丽在行刑时非常镇静，而且拒绝戴眼罩，因为她在先前已经贿赂了行刑者，使用空弹壳代替真子弹，但这个计划最终失败了。
时至今日，玛塔·哈丽的大名仍在被不断提起，当然，这其中有很多都添加了虚构的成分，但也有少量的作品有较强的写实性，可作为历史研究的史料。在众多作品中，1931年著名女星葛丽泰·嘉宝主演的影片《玛塔·哈丽》最为经典。
