Elle est née en 1969 dans une famille aristocratique de Téhéran apparentée à la dynastie Kadjar, mais proche des idées communistes. Elle vit, en tant qu'enfant, la restriction grandissante des libertés individuelles et les conséquences dans la vie quotidienne des événements politiques de l'époque, particulièrement la révolution islamique et les débuts de la guerre Iran-Irak. Son oncle Anouche, un dirigeant du Parti communiste iranien à qui elle est très attachée, est exécuté pour ses opinions politiques.

En 1984, à l'âge de 14 ans, elle est envoyée par ses parents à Vienne, en Autriche, pour fuir la guerre et le régime iranien. Elle avait déjà étudié au lycée français de Téhéran. Elle continue son cursus scolaire au Lycée français de Vienne, puis retourne en Iran afin de suivre des études supérieures. Elle part ensuite en France et fait des études à l'École supérieure des arts décoratifs de Strasbourg. Elle réside actuellement à Paris.

Sa rencontre avec David B. marque un tournant dans sa vie, puisque c'est lui qui lui donna la passion de la bande dessinée. Leurs styles graphiques sont d'ailleurs particulièrement proches, notamment dans les premiers livres de Marjane Satrapi. Dès son premier ouvrage, le premier tome de Persepolis, elle rencontre un succès critique et commercial qui s'est poursuivi par la suite avec l'aide des précieux conseils d'Emile Bravo. En 2003, elle publie Broderies, nommé dans la catégorie du meilleur album au Festival d'Angoulême 2004. Finalement, son dernier livre, Poulet aux prunes, paraît en 2004, couronné cette fois-ci par le prix du meilleur album.

Entre 2005 et 2007, elle réalise, en partenariat avec Vincent Paronnaud, l'adaptation de sa bande dessinée autobiographique Persepolis en long métrage d'animation en noir et blanc, sorti le 27 juin 2007. Il est projeté au Festival de Cannes 2007 au sein de la sélection officielle. À cette occasion, la République islamique d'Iran s'est inquiétée de voir la sélection de ce film