Apja Mészáros László szobrászművész, aki később a sztálini terror áldozatául esett.

1935–1946 között a Szovjetunióban élt. Moszkvában a Össz-szövetségi Állami Filmfőiskolán szerzett filmrendező diplomát 1956-ban.

A pályája kezdetén filmhíradókat és dokumentumfilmeket rendezett Bukarestben és Budapesten. 1958-ban házasságot kötött Jancsó Miklós filmrendezővel, aki adoptálta Mészáros Márta előző házasságából született fiát, Zoltánt. 1958-1968 között a MAFILM rövidfilm-rendezője volt. 1968-ban rendezte első nagyjátékfilmjét az Eltávozott a napKovács Katival főszerepben. Filmjeiben női sorsokat vitt vászonra. címmel,

Itthon is nagy sikerű rendezőnő volt, de az 1970-es években a feminista mozgalom nyugaton nagy figyelemmel kísérte munkásságát. A Napló sorozat önéletrajzi ihletésű alkotásaiból áll. 1992-től a Nagy Imre Társaság ügyvezetője.

Filmjei 

• 1955 – Túl a Cálvin téren
• 1955 – Mindennapi történet
• 1955 – Albertfalvai történetek
• 1956 – Országutak vándora
• 1957 – Sa zîmbeasca toti copii
• 1958 – Popas în tabara de vara
• 1959 – Schimbul de mîine
• 1959 – Az élet megy tovább
• 1960 – Egy t(ermelő) sz(övetkezeti) elnökről
• 1960 – Rajtunk is múlik
• 1960 – Az őszibarack termesztése
• 1960 – Az eladás művészete
• 1961 – Vásárhelyi színek
• 1961 – Szívdobogás
• 1961 – A szár és gyökér fejlödése
• 1961 – Danulonggártás
• 1962 – Tornyai János
• 1962 – Nagyüzemi tojástermelés
• 1962 – A labda varázsa
• 1962 – Kamaszváros
• 1962 – Gyerekek – könyvek
• 1963 – Szeretet
• 1963 – Munka vagy hiratás
• 1963 – 1963. július 27., szombat
• 1964 – Kiáltó
• 1964 – Festők városa – Szentendre
• 1964 – Bóbita
• 1965 – 15 perc – 15 évről
• 1966 – Harangok városa – Veszprém
• 1966 – Borsos Miklós
• 1968 – Mészáros László emlékére
• 1968 – Holdudvar
• 1968 – Eltávozott nap
• 1970 – Szép lányok, ne sírjatok!
• 1971 – A lőrinci fonóban
• 1973 – Szeptember végén (TV)
• 1973 – Szabad lélegzet
• 1975 – Örökbefogadás
• 1976 – Kilenc hónap
• 1977 – Ők ketten
• 1978 – Olyan mint otthon
• 1979 – Útközben
• 1980 – Örökség
• 1981 – Anna
• 1982 – Néma kiáltás
• 1984 – Délibábok országa
• 1984 – Napló gyermekeimnek
• 1986 – Ave Maria
• 1987 – Napló szerelmeimnek
• 1989 – Piroska és a farkas / Bye bye chaperon rouge
• 1990 – Napló apámnak, anyámnak
• 1992 – Edith és Marlene (TV)
• 1993 – A magzat
• 1995 – A hetedik szoba / Siódmy pokój
• 1998 – Három dátum
• 1999 – A szerencse lányai
• 2000 – Kisvilma – Az utolsó napló
• 2001 – Csodálatos mandarin
• 2004 – A temetetlen halott
• 2005 – Hanna Wende
• 2009 – Utolsó jelentés Annáról
• 2011 – Ármány és szerelem anno 1951 (TV)

Jelentősebb díjak, kitüntetések  

• 1975 – Berlini Nemzetközi Filmfesztivál, C.I.D.A.L.C-díj, Arany Medve, Interfilm Award – Otto Dibelius Film Award, OCIC-díj – Örökbefogadás
• 1977 – Balázs Béla-díj
• 1977 – Berlini Nemzetközi Filmfesztivál, OCIC díj – Kilenc hónap
• 1977 – Cannes-i Nemzetközi Filmfesztivál, FIPRESCI-díj – Kilenc Hónap
• 1984 – Cannes-i Nemzetközi Filmfesztivál, a zsűri külön nagydíja – Napló szerelmeimnek
• 1987 – Berlini Nemzetközi Filmfesztivál, Ezüst Medve, OCIC-díj – Napló szerelmeimnek
• 1989 – SZOT-díj
• 1990 – Kossuth-díj
• 1995 – Velencei Nemzetközi Filmfesztivál, OCIC-díj – A hetedik szoba / Siódmy pokój
• 2005 – a Magyar Köztársasági Érdemrend középkeresztje /polgári tagozat/
• 2007 – Nagy Imre-érdemrend
• 2007 – 57. Berlini Nemzetközi Filmfesztivál – Berlinale Kamera-díj
• 2010 – A 46. Chicagói Nemzetközi Filmfesztivál - Arany Plakett díj - Az utolsó jelentés Annáról c. filmért továbbá különleges és gazdag életművéért
• 2010 – Olaszország filmművészeti találkozója - a Viareggiói fesztivál - Életműdíj
• 2010 – Gundel művészeti díj
• 2010 - MSZP Közéleti díj
• 2011 - A Magyar Filmkritikusok Életműdíja