瑪塔·哈麗原名瑪格麗莎，1876年8月7日出生于荷蘭弗里斯蘭省。1903年，瑪格麗莎在經歷婚姻挫折后移居法國巴黎，在此期間改藝名為瑪塔·哈麗。1905年3月13日，瑪塔·哈麗在巴黎吉梅博物館首次演出一夜成名，瑪塔·哈麗用她驚艷的表演，將整個巴黎的娛樂業帶入了一個嶄新的境界，她也借此逐漸接近了富人階層。

雖然瑪塔·哈麗并沒有驚人的美貌，但她性感嫵媚的形象，使她以交際花的身份周旋于法國、德國和俄羅斯等國的軍政顯要之間。瑪塔·哈麗曾說她在一個偶然的機會獲得了英國軍情五處軍官接見，并答應成為法國軍隊的間諜，只是法國軍方從來沒有正式確認此事。1917年1月，德國軍隊向柏林發送了一封電報，這封電報描述了一個代號H-21的德國間諜所采集到的大量情報。法國情報人員截獲了這份情報，并破譯了全部內容，很快判定出H-21即是瑪塔·哈麗。值得注意的是，德國人在這封電報中采用了先前已經被法國破解的編碼方式，這就給以后史學家留下了很大的疑問，很多人猜測德國是否為有意地實行反間計，或許正如瑪塔·哈麗自己所言，她是在以雙重間諜的身份為法國效力，而德國人僅是借刀殺人，這些都不得而知。

1917年2月13日，瑪塔·哈麗在她的寓所中被捕。此時，法國在一戰中正處于極度被動的地位，士氣低落，幾十萬協約國的將士在戰場上死亡，所以軍政府也急切地需要尋找替罪羊。也許瑪塔·哈麗正是最合適的人選，她被指控為德國間諜，對數萬士兵的死亡負有責任。盡管很多假定都僅僅來自推測，并無確鑿的證據，但她仍然被認定有罪，并最終在10月15日被槍決，終年41歲。關于瑪塔·哈麗被判死刑的原因，最新推斷來自法國歷史學家菲利普·考勒斯，他的外曾祖父便是當年負責審理瑪塔·哈麗“間諜叛國”案的主審法官埃爾·波查頓，由于老婆婚后“紅杏出墻”，在波查頓眼里女人一下子全成了“禍水”，作為當時混跡巴黎社交圈的“花蝴蝶”瑪塔·哈麗便順理成章地成為波查頓的“報復首選”。因此，瑪塔·哈麗最終被推上刑場，全因她被捕后的主審法官埃爾·波查頓所賜。

瑪塔·哈麗死后，她的尸體無人認領，因此最終被用于醫學用途。她的頭顱經過防腐處理后，存入了巴黎解剖學博物館。但是直到2000年，該館的保管才發現頭顱已經丟失。據后來分析，丟失很可能是1954年該館搬遷時發生的。

作為一個曾經紅極一時的艷舞演員突然以間諜的身份被槍決，這也立即引出了很多的流言。一種流言是，瑪塔·哈麗在臨死前給了行刑者一個飛吻，又或者她只是飛吻了她的律師，一個她從前的情人。她的遺言是“謝謝，先生”。另一種流言是，她故意解開了她的上衣，裸露出她的乳房，以迷惑行刑者。但1934年美國雜志《紐約客》的報道卻是，“她穿著一身整潔的女士西服，雙手戴一副嶄新的白手套，一切都是專門為這個場合精心準備”。第三種流言是，瑪塔·哈麗在行刑時非常鎮靜，而且拒絕戴眼罩，因為她在先前已經賄賂了行刑者，使用空彈殼代替真子彈，但這個計劃最終失敗了。

時至今日，瑪塔·哈麗的大名仍在被不斷提起，當然，這其中有很多都添加了虛構的成分，但也有少量的作品有較強的寫實性，可作為歷史研究的史料。在眾多作品中，1931年著名女星葛麗泰·嘉寶主演的影片《瑪塔·哈麗》最為經典。