Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil kam 1706 in Paris auf die Welt. Ihr Vater war Baron und ein Günstling von Ludwig XIV., wodurch sie jedes Privileg hatte, das sich ein kleines Mädchen nur wünschen kann. Man weiß nicht viel über ihre frühe Ausbildung (wahrscheinlich das, was für ein Mädchen für sie zu dieser Zeit üblich war), doch als sie 18 Jahre alt war, wollte ihr Vater, dass sich seine einzige Tochter mit einer der ältesten Blutlinien in Lothringen verheiratet. Der Marquis du Châtelet brachte Prestige, mehr aber auch nicht. Ihre ersten Jahre als Ehefrau verbrachte sie recht traditionell - sie kümmerte sich um den Haushalt in Semur-en-Auxois, schenkte einer Tochter sowie zwei Söhnen das Leben und genoss danach, wenn angemessen, die Annehmlichkeiten von Paris.

Es war im Jahr 1733, als sie mit ihrem zweiten Sohn schwanger war, dass Émilie anfing, sich für die Mathematik zu interessieren. Die Marquise betrieb ernsthafte Studien über Descartes' analytische Geometrie und begann, Newtons "Principia" zu übersetzen, wobei sie eigene Kommentare einbaute und auch einige der Hypothesen vervollständigte oder erweiterte. Nach der Veröffentlichung wurde ihre Ausgabe in Europa zum Standardwerk.

In den 1730er und 1740er Jahren bildete sie sich weiter, schrieb und hatte noch die Zeit, sich um ihre Familie und mehrere Liebhaber zu kümmern. Tatsächlich waren ihre Arbeiten über Optik und Grammatik sowie ihre kritische Auseinandersetzung mit dem Alten und Neuen Testament fast so berühmt wie ihre skandalträchtigen Affären. Dazu zählten beispielsweise Voltaire (der Friedrich II. von Preußen einmal schrieb, sie sei ein "großer Mann, dessen einziger Fehler es ist, eine Frau zu sein"), der Mathematiker Maupertuis und der Philosoph de La Mettrie. Ihr letzter Liebhaber, der Soldat und Dichter de Saint-Lambert, war auch der Vater ihres letzten Kindes. Émilie starb 1749, eine Woche nach der Geburt.