Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil nació en París en el año 1706, en el seno de una familia noble e influyente –su padre, el barón, era uno de los favoritos de Luis XIV–, y tuvo todos los privilegios que una niña podría desear. Poco se sabe de su primera educación (que probablemente fue la apropiada para las niñas de aquel tiempo), pero, cuando tenía 18 años, el barón dispuso que su única hija se casara con uno de los linajes más antiguos de Lorena. El Marqués du Castellet le dio prestigio pero poco más (de hecho, ella acabaría firmando sus obras con una versión algo distorsionada de ese apellido: Émilie du Châtelet). Durante los primeros años de su matrimonio, la nueva marquesa llevó una vida muy tradicional: se encargó de la casa (en Semur-en-Auxois), dio a luz a una hija y a dos hijos y, cuando procedía, gozaba de todos los "placeres" de París.

Fue en 1733, estando de nuevo en Semur, encinta de su segundo hijo, cuando Émilie se interesó por las matemáticas. La marquesa empezó a estudiar seriamente la geometría analítica de Descartes y comenzó a traducir los Principios de Newton, añadiendo sus propios comentarios, incluidas la terminación y ampliación de algunas de las hipótesis clave del británico. Tras su publicación, esta se convirtió en la edición definitiva de los Principios en toda Europa.

Durante el resto de las décadas de 1730 y 1740, continuó leyendo, estudiando y escribiendo mientras cuidaba de su marido, hijos y diversos amantes. De hecho, sus escritos sobre óptica, gramática y un comentario crítico del Antiguo y el Nuevo Testamento fueron casi tan famosos como sus escandalosas aventuras. Entre ellas, con Voltaire –que escribió sobre ella a Federico II de Prusia diciendo que era "un gran hombre cuyo único defecto era ser una mujer"–, el matemático de Maupertuis y el filósofo de La Mettrie. Su último amante, el soldado y poeta De Saint-Lambert, fue también el padre de su último hijo. Émilie du Châtelet murió en 1749, una semana después de dar a luz.