Maria Mitchell nació y creció en el seno de una familia cuáquera en Nantucket, Massachusetts. Su padre era maestro de escuela y astrónomo aficionado, y desde muy joven Mitchell le ayudó a manejar sus instrumentos astronómicos. Asistió a la escuela North Grammar, y a los 11 años se trasladó a la escuela que fundó su padre, donde fue alumna y ayudante de cátedra. Más tarde, asistió a la escuela para señoritas de Cyrus Peirce, donde también trabajó como ayudante.
A los 17 años, Mitchell fundó su propia escuela, que permitía la asistencia de niños no blancos, mientras que la escuela pública local estaba segregada. Mitchell desarrolló métodos de enseñanza poco convencionales, que aplicó en todos sus puestos docentes. No informaba de las calificaciones ni de las ausencias, enseñaba en clases pequeñas para una atención individualizada, e incorporaba las matemáticas y la tecnología en cada lección.
En 1836, a la edad de 18 años, Mitchell comenzó a trabajar como bibliotecaria en el Nantucket Atheneum, trabajo que mantuvo durante los siguientes 20 años. Por las noches, seguía ayudando a su padre con los cálculos geográficos y las observaciones astronómicas para el US Coast Survey.
El 1 de octubre de 1847, utilizando un telescopio de dos pulgadas, a los 29 años, Mitchell observó un objeto desconocido que volaba por el cielo, descubriendo el cometa 1847 VI. Más tarde, el cometa será llamado “El cometa de la señorita Mitchell”. Tras su descubrimiento, Mitchell se ganó la aclamación nacional e internacional, convirtiéndose en una celebridad en los círculos científicos con cientos de artículos escritos sobre ella y recibiendo numerosos premios, entre ellos una medalla de oro que le entregó el Rey de Dinamarca. Al año siguiente, Mitchell se convirtió en la primera mujer elegida para la Academia Americana de las Artes y las Ciencias, así como en la primera en ingresar en la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. A los 31 años, Mitchell se trasladó a Boston para trabajar como “computadora” oficial de la Oficina del Almanaque Náutico de los Estados Unidos, convirtiéndose en una de las primeras mujeres en trabajar para el Gobierno Federal.
En 1865, con 47 años y sin estudios universitarios, Mitchell fue nombrada primera profesora de astronomía y directora del observatorio del nuevo Vassar College. Sus investigaciones fueron variadas, estudiando Júpiter, Saturno y sus lunas, así como las nebulosas y los eclipses solares. Entre 1868 y 1873, Mitchell y sus estudiantes comenzaron a registrar diariamente las manchas solares, lo que permitió obtener las primeras fotografías consistentes del sol. Como profesora, rompió las convenciones sociales, insistiendo en que sus alumnas acudieran a las observaciones nocturnas. Durante sus dos décadas en el Vassar College, Mitchell y sus estudiantes publicaron con frecuencia sus hallazgos en diversas revistas académicas.
Mitchell se implicó en numerosas cuestiones sociales a lo largo de su vida, como el movimiento antiesclavista y el sufragio femenino. Fue amiga de Sojourner Truth, Frederick Douglass y Elizabeth Cady Stanton y llevó a activistas de los derechos de la mujer al observatorio de Vassar para dar conferencias. Mitchell fue miembro fundador y segunda presidenta de la Asociación para el Avance de la Mujer (AAW) y dirigió un comité especial sobre ciencia, promoviendo y analizando el progreso de las mujeres en este campo. Mitchell murió de una enfermedad cerebral a la edad de 70 años.
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