Габриэль Эмили Ле Тоннелье де Бретеиль родилась в Париже в 1706 году в аристократической семье с большими связями. Ее отец, барон, был фаворитом Людовика XIV и мог дать ей любые привилегии, которые хотела бы иметь маленькая девочка. О ее раннем образовании известно мало (скорее всего, оно было обычным для девочек того времени), а когда Габриэль исполнилось 18 лет, барон выдал единственную дочь замуж за представителя одной из старейших семей Лотарингии. Браск с маркизом дю Шатле был престижным, но не более. В течение первых лет брака маркиза вела довольно традиционную жизнь: занималась домашними делами в Семуре, родила дочь и двух сыновей, и, не выходя за рамки приличий, наслаждалась «прелестями» Парижа.

В 1733 году в Семуре беременная вторым сыном Эмили заинтересовалась математикой. Маркиза серьезно занялась исследованием аналитической геометрии Декарта и начала переводить «Математические начала натуральной философии» Ньютона, добавляя собственные комментарии, например, завершение и расширение некоторых ключевых гипотез Брита. После публикации ее версия книги стала общепринятой по всей Европе.

В 1730–1740 годах она продолжала читать, учиться и писать, совмещая занятия наукой с заботами о муже, детьми и отношениями с несколькими любовниками. Ее труды по оптике и грамматике, как и критические комментарии к Ветхому и Новому Завету, были почти так же известны, как ее скандальные романы. Среди ее любовников были математик де Мопертюи и философ де Ламетри, а также Вольтер, который писал Фридриху II Прусскому, что она была «великим человеком, чей единственный недостаток в том, что она – женщина». Ее последний любовник, солдат-поэт Сен-Ламбер, стал отцом ее последнего ребенка. Эмили дю Шатле умерла в 1749 году, через неделю после родов.