Su padre, Adam Zelle, era un sombrerero, y su madre era Antje van der Meulen. Al morir la madre de la joven, su padre suplió la ausencia materna con excesivos cuidados hacia una joven que muy pronto destacó por su belleza.

Se casó a los 18 años, tras mantener una breve correspondencia con un militar que no conocía, mucho mayor que ella y que había puesto un anuncio en un periódico. Desde niña, los uniformes militares habían suscitado en ella una especial atracción[cita requerida]. Durante su estancia en Java, donde había sido destinado su esposo, uno de sus hijos murió presuntamente envenenado en venganza por el trato dado por su marido a un sirviente nativo. La muerte de este hijo supuso un duro golpe para la familia. El marido buscó amparo en la bebida y empezó a frecuentar poco el hogar. Se dice[cita requerida] que esta soledad llevó a Mata Hari a sus primeros contactos con la cultura javanesa y con las técnicas amatorias orientales, que le proporcionarían años más tarde fama como cortesana de lujo.

De vuelta a Europa, tras separarse y perder en Holanda el juicio sobre la custodia de su hija debido a su libertina vida en la isla, según declaró su marido[cita requerida], realizó más tarde algunos intentos fallidos en París como modelo de diseñadores, fracasos que conllevaron a un auténtico trauma en su vida por carecer de recursos económicos para vivir. Más tarde volvió a París de nuevo, armada de valor y amparada en sus rasgos orientales heredados de su madre. La literatura romántica de evasión de finales del siglo XIX había popularizado una imagen difusa y añorada de la oriental. Aprovechando estas circunstancias, se hizo pasar por una supuesta princesa de Java ejerciendo de bailarina exótica, protagonizando espectáculos de strip-tease. La mentira e imaginación, como salida obligada para superar su penosa situación económica, empezaron a dar sus frutos y a la vista de sus ventajosas consecuencias, pasó a convertirse en algo habitual. En París fue un revuelo con auténticas pugnas por conseguir localidades de las primeras filas en sus espectáculos de danza. También fue cortesana y tuvo romances secretos con numerosos funcionarios militares e incluso políticos de alto nivel, y, en general, con la alta sociedad[cita requerida].

Su fama como bailarina crecía, pero ya no era tan joven y, al ir perdiendo sus encantos físicos, que conforme al canon de belleza actual no parece que fueran tan extraordinarios, empezó a ejercer con más frecuencia de cortesana, amparada por el mito que había creado, para seguir manteniendo el mismo nivel de vida.

En aquellos tiempos, intentó recuperar a su hija que vivía con su padre, pero resultó imposible. Mandó a su ama de llaves, que volvió con las manos vacías tras varias horas de espera a la puerta del colegio donde estudiaba. Aquel día su padre fue a recogerla. Aquella niña murió en los Países Bajos de un ataque al corazón años después de la muerte de su madre, curiosamente días antes de un viaje a Java en el que había puesto muchas esperanzas.
En 1917, un año antes del final de la "Gran Guerra", fue sometida a juicio en Francia acusada de espionaje, de ser una agente doble para Alemania y de haber sido la causa de la muerte de miles de soldados. Fue declarada culpable sin pruebas concluyentes y basadas en hipótesis no probadas que hoy en día (principios del siglo XXI) no se sostendrían en un juicio moderno. De hecho, una asociación de su ciudad natal solicitó al Ministerio de Justicia francés una revisión póstuma del caso, pero esta petición no fue atendida[cita requerida].

El día de su captura, pidió que se le diera tiempo para ducharse y cambiarse, pero al cabo de unos minutos, regresó completamente desnuda y repartiendo bombones a sus captores, en una acción fallida por disuadirlos.

Fue ejecutada por un pelotón de fusilamiento el 15 de octubre de 1917, en Vincennes. La leyenda sostiene que la escuadra tuvo que ser vendada para no sucumbir a sus encantos. Sin embargo, son probados los hechos de que lanzó un beso de despedida a sus ejecutores y que, de los 12 soldados que constituían el pelotón de fusilamiento, sólo acertaron 4 disparos, uno de ellos en el corazón, causándole la muerte instantánea. El oficial al mando, como así se disponía en estos casos, ultimó el acto innecesariamente con un disparo de gracia en la sien. La noticia recorrió el mundo. Hay incluso una narración periodística que detalla este dramático momento, describiendo la expresión de su rostro, la forma en que cayó y la disposición final del cuerpo en el suelo[cita requerida].

Su cuerpo, que no fue enterrado, se empleó para el aprendizaje de anatomía de los estudiantes de Medicina, como se hacía con los ajusticiados en aquella época, pero su cabeza, embalsamada, permaneció en el Museo de Criminales de Francia hasta 1958, año en el que fue robada, seguramente por un admirador.

"¿Una ramera?, ¡Sí!, pero una traidora, ¡Jamás!"

El joven oficial ruso de 23 años del que estaba enamorada, y para el que se dice que habría aceptado el encargo de espiar para Francia al embajador alemán en Madrid, habló de ella en términos de "mujer aventurera", una vez que supo de su encarcelamiento. Margaretha acudió a las autoridades francesas para conseguir un visado especial para el tránsito por el territorio en guerra, que era necesario para visitar al joven oficial en el hospital donde se encontraba por haber sido herido. Fue entonces cuando él le propuso trabajar para el gobierno de la República como espía.

La tesis más extendida sobre Mata Hari es que, aunque reveló algunos datos sobre algunos movimientos militares alemanes, como el desembarco nocturno de algunos oficiales del Kaiser en Marruecos, y que comunicó al enemigo movimientos de tropas francesas que conocía por la prensa de París, no parece que Mata Hari fuera una espía importante, aunque llegó a ser acusada por Francia de haber sido entrenada en Holanda, en una escuela para tal fin. Mata Hari era más bien una cortesana en aquellos momentos, que aceptó encargos de este tipo para mantener su nivel de vida y poder visitar, en territorio de guerra, a su joven amado herido en combate. Quienes han estudiado este personaje dicen que en realidad, se tomó esta labor como un juego, no siendo plenamente consciente del riesgo.
Mata Hari, que permaneció encarcelada durante meses antes de su fusilamiento, tuvo contradicciones en los diferentes interrogatorios a los que fue sometida (era una persona acostumbrada a inventar su propia vida).

Según sus estudiosos, sirvió de chivo expiatorio ante la opinión pública por los fracasos de Francia en el frente de guerra (una parte de la opinión pública estaba en contra suya por su vida fácil y licenciosa durante una época de penurias).

Es sabido que cuando fue apresada, requirió que le concedieran tiempo para asearse y que llegó a mostrarse desnuda ante los ojos de sus captores, con la excusa de ofrecerles bombones en un casco prusiano que un general alemán le había regalado años atrás. Este atrevimiento y muestra de contactos con amantes enemigos, en plena época de guerra, muestran a Mata Hari con la actitud propia del mito que representaba, como si tuviese la seguridad de que sus contactos en la altas esferas la harían intocable. Estos hechos, entre otros, constan en el acta del juicio que no fue revelada hasta bien entrada la década de los años 1950.

La acusación de haber sido la causante de la pérdida de miles de vidas y ajusticiada por ello, puede ser tomada como una acción de distracción propia de tiempos difíciles, en un momento en que era habitual que cientos de jóvenes franceses fueran ejecutados en el frente, por deserción. Había batallas con cifras de cientos de miles de muertos y, en los que el ejército vencedor había tenido un número de bajas sólo algo menor. Eran, con cierta frecuencia, auténticas carnicerías humanas, que inundaban las trincheras con restos de cuerpos humanos tras enésima explosión, por lo que se pedían soluciones expeditivas ante cualquier atisbo de culpabilidad.

Uno de sus biógrafos dice que el mito vivo que ella representaba en su tiempo, y la limitada repercusión dramática y directa de la guerra en la capital parisina, creó en ella una actitud psicológica poco consciente, como para que no se diera cuenta de lo peligroso que era lo que estaba haciendo, pensando que siempre tendría la ayuda de sus amantes, muchos de ellos en altos cargos políticos.
Mata Hari, muerta a los 41 años en 1917, sigue siendo un personaje de leyenda. A pesar de la distancia en el tiempo, pocos son los acercamientos a su persona que dibujan claramente, lo que al parecer era en realidad, una mujer que estaba dispuesta a todo para poder seguir viviendo en el lujo.

Su hija murió dos años después que ella.