Murray nasceu em Nova York, filha de Joseph e Mary Koenig. Os avós maternos emigraram da França, enquanto os avós paternos emigraram da Alemanha.

Ela tinha dois irmãos, William Robert (nascido em novembro de 1889) e Howard Joseph (nascido em janeiro de 1884), a família acabou se mudando para um apartamento no Lower East Side.

Em maio de 1896, Joseph Koenig, pai de Murray, morreu de gastrite aguda devido ao seu alcoolismo.

Para sustentar a família, Mary Koenig conseguiu um emprego como governanta de Harry Payne Whitney.

Palcos
Murray começou a atuar nos palcos da Broadway em 1906, com o dançarino Vernon Castle.

Em 1908, ingressou na linha de coro dos Ziegfeld Follies, subindo para a atração principal em 1915.

Murray se tornou uma estrela do circuito de clubes nos Estados Unidos e na Europa, apresentando-se com Clifton Webb, Rodolfo Valentino e John Gilbert, como alguns de seus muitos parceiros de dança.

Cinema
Murray estreou no cinema em "To Have and To Hold" em 1916. Tornou-se uma estrela da Universal, atuando com Rodolfo Valentino em "The Delicious Little Devil" e "Big Little Person" em 1919.

No auge de sua popularidade, Murray formou sua própria empresa de produção com seu diretor, John M. Stahl.

As críticas às vezes não eram muito boas quanto a seus figurinos e emoções exageradas, mas seus filmes eram populares entre o público cinematográfico e financeiramente bem-sucedidos.

Em 1925, Murray, Leonard e Stahl produziram filmes na Tiffany Pictures, como "Souls for Sables" (1925), estrelado por Claire Windsor e Eugene O'Brien.

Por um breve período, Murray escreveu uma coluna semanal para o jornal de William Randolph Hearst.

No auge de sua carreira no início dos anos 1920, Murray, juntamente com outras personalidades de Hollywood como Cecil B. DeMille, Douglas Fairbanks, William S. Hart, Jesse L. Lasky, Harold Lloyd, Hal Roach, Donald Crisp, Conrad Nagel e Irving Thalberg foi membro do conselho de administração do Motion Picture & Television Fund - uma organização de caridade que oferecia assistência e atendimento àqueles do setor de cinema e televisão sem recursos. Quatro décadas depois, a própria Murray recebeu ajuda dessa organização.

Murray apareceu no papel-título no filme dirigido por Erich von Stroheim, "The Merry Widow" (1925), ao lado de John Gilbert . Quando surgiu o filme falado, Murray fez uma estréia meio insegura em "Peackock Alley" (1930), um remake de sua versão anterior de 1921.

Em 1931, ela foi escalada com a estreante Irene Dunne, e também Lowell Sherman e Norman Kerry em "Bachelor Apartment", o filme recebeu críticas negativas e Murray fez apenas mais um filme, "High Stakes" (1931), também com Sherman.

Um golpe crucial em sua carreira no cinema ocorreu depois que ela se casou com seu quarto marido, David Mdivani, um georgiano de raízes aristocráticas menores, cujos irmãos Serge e Alexis se casaram com a atriz Pola Negri e a herdeira Barbara Hutton, respectivamente, casaram-se em 27 de junho de 1926 e Mdivani se tornou seu gerente, sugerindo que sua esposa deveria deixar a MGM. Murray seguiu o conselho de seu marido e abandonou seu contrato com a MGM, tornando-se uma poderosa inimiga do chefe de estúdio Louis B. Mayer.

Mais tarde, ela engoliria seu orgulho e pediria para voltar, mas Mayer não a recontrataria. Com efeito, a hostilidade de Mayer significava que Murray estava na lista negra dos estúdios de Hollywood.

Na década de 1940, Murray apareceu regularmente no Diamond Horseshoe, de Billy Rose, uma boate que apresentava frequentemente estrelas do passado.

Suas aparições tiveram criticas controversas: sua dança (em particular a Valsa da Viúva Alegre), foi bem recebida, mas foi criticada por seus trajes juvenis e maquiagem pesada, tentando esconder sua idade. Em 1946, ensinou dança de salão para jovens adolescentes em um estúdio de dança em Los Angeles.

As finanças de Murray entraram em colapso e, durante a maior parte da vida, ela viveu na pobreza.

Foi alvo de uma biografia autorizada, The Self-Enchanted (1959), escrita por Jane Ardmore, que muitas vezes foi incorretamente chamada de autobiografia de Murray.

Na noite de 19 de fevereiro de 1964, Murray, foi encontrada desorientada em St. Louis, pensando que havia completado uma viagem de ônibus para Nova York.

Murray explicou a um oficial do Exército de Salvação que ela se perdera tentando encontrar seu hotel, do qual havia esquecido o nome, ela também recusou a passagem de ônibus de volta para Los Angeles, pois alegava ter uma passagem para o restante da viagem em sua bolsa, "se pudesse encontrá-la".

Muitos anos depois, Murray se mudou para a Motion Picture House em Woodland Hills, uma comunidade para profissionais aposentados de Hollywood, onde alguns diziam ela ser a mais feliz de lá. Ela morreu lá em 23 de março de 1965.

Está enterrada no cemitério do Valhalla Memorial Park, em North Hollywood, Califórnia.

Por sua contribuição à indústria cinematográfica, Mae Murray tem uma estrela na Calçada da Fama de Hollywood em Hollywood Blvd 6318.

Ela era uma das três atrizes (Pola Negri e Theda Bara eram as outras) cujos olhos foram combinados para formar o logotipo do Festival Internacional de Cinema de Chicago, um close preto e branco dos olhos compostos, definidos como quadros repetidos em uma tira de filme.

Cônjuge: David Mdivani (de 1926 a 1934), Robert Z. Leonard (de 1918 a 1925), Jay O'Brien (de 1916 a 1918), William M. Schwenker Jr. (de 1908 a 1910)
Filho: Koran David Mdivani