본명은 마르하레타 헤이르트라위다 젤러(Margaretha Geertruida Zelle)로 네덜란드 태생의 여성. 프리슬란트 주 레이우아르던 근교의 켈데르스란 동네에서 태어났다. 아버지는 석유 관련 사업을 했는데, 이 사업이 파산하면서 마타 하리는 친척집을 전전해야 할 정도로 가난하게 살았다.
네덜란드령 인도네시아에 주둔하던 군인인 루돌프와 결혼하여 두 아이를 낳았으나, 타향살이도 부부 관계도 순탄치 않았다. 아들이 죽은 후 네덜란드로 귀국했으나 결국 결혼 7년만에 이혼하고 딸도 빼앗겼다. 전 남편이 송금을 거부하자 생계가 막막해졌고, 자바섬에 살던 당시 배운 춤과 이국적인 외모로 돈을 벌며 파리에 온다. 특히 20세기 초, 물랭 루주 등을 무대로 선정적인 복장에 선정적인 춤을 추며 인기를 끌었다. 또한 이 과정에서 매춘을 했던 것으로도 알려져 있다. 특히 언어에 재능이 있었는데 영어, 프랑스어, 독일어, 스페인어 등 4개 국어를 구사할 수 있었다.
검은 머리카락과 연갈색 피부를 가진 이국적인 미인이었으며, 자신이 인도네시아 자바인과 네덜란드인의 혼혈이라고 주장했으나 실제로는 아니었다. 인도네시아스러운 이미지나 첩보원으로서의 이미지가 워낙 유명해서, 프리슬란트인이란 점은 상대적으로 묻혀진 감이 있다. 예명 '마타 하리'는 인도네시아어로 태양이라는 뜻이다. 인도네시아어로 mata는 눈, hari는 하루라는 뜻이므로 mata hari를 직역하면 하루의 눈(소설 여명의 눈동자의 제목도 여기서 따왔다.)이라는 뜻이 된다.
이런 식으로 프랑스 상류 사교계에 드나들기 시작했으며, 제1차 세계 대전이 발발하자 독일 육군 정보부에서 그녀에게 접근하여 거금을 주기로 약속하고 프랑스 육군의 정보를 빼내기로 그녀와 계약한다. 당시 그녀가 출연하는 클럽은 프랑스의 국방장관을 비롯한 군사, 외교계 고관들이 자주 드나드는 곳이어서 독일측은 많은 기대를 했으나, 그녀는 그다지 많은 정보를 수집하지 못했다. 일부에서는 그녀를 통해 독일이 얻을 수 있었던 정보는 프랑스 고관들의 사생활에 관련된 정보뿐이었다고 말했을 정도. 이 과정에서 프랑스 육군 항공대의 에이스 파일럿 샤를 뇡제세 등의 유명인과 염문이 나돌기도 했다.
대전 중반, 프랑스 육군 정보부에서도 스파이 행동을 눈치채고 접근하여 오히려 독일측의 정보를 빼내올 이중 스파이로 만들고 독일 방첩기관장을 유혹하여 접근시키기 위해 스페인으로 보낸다. 그러나 이 임무 역시 독일측이 눈치채서 실패. 독일은 오히려 역정보를 프랑스에 흘려 프랑스측은 그녀가 여전히 독일을 위해 일한다고 판단하여 그녀를 체포하였고, 마타 하리는 파리 교외에서 반역 혐의로 1917년 10월 15일 총살형에 처해진다. 사망 당시 나이는 만 41세. 죽을 당시 마타 하리는 모든 걸 무덤덤하게 받아들여서인지 눈가리개를 거부하고 미소 지으면서 사수들에게 "어서 쏴요. 그걸 계속 들고 있는 것도 힘들지 않나요?"라고 말했다고 한다. 그리고 자기 시신을 맡을 사람이 아무도 없을 테니 그냥 인체 해부용으로 시신을 기증하겠다고 생전에 밝혀서 사형 집행 후 시신이 그대로 처리되었다고 한다.
예전부터 마타 하리는 스파이가 아니라는 말이 나돌았고, 팻 시프먼(Pat Shipman)이 쓴 마타 하리에 관한 책인 <팜 파탈>(Femme Fatale)에서 마타 하리는 스파이가 아니라고 주장하는 등, 스파이가 아닌 희생양에 불과하다는 말이 있어왔다. 하지만 실제 스파이였다는 점은 틀림없다. 기밀해제된 독일군의 문서에서 첩보 활동을 뒷받침해주는 증거가 나왔기 때문이다. 1915년에 독일군의 스파이가 되었고, 쾰른에 머무르는 동안 첩보 훈련을 받았으며 뒤셀도르프로 보고서를 보냈다는 기록이 남아있다.
그러나 스파이로서의 역량은 별로 없었는지 실제로 도움이 될 만한 정보는 거의 보내지 못했으며, 영국 정보부 MI5의 문서에 의하면 독일에 넘긴 프랑스의 정보 중 도움이 될 만한 정보는 한 건도 없었다고 한다. 심지어 독일군에서는 페어자거(Versager, 불발탄)라고까지 불렀다고. 즉 마타 하리의 유명세는 뛰어난 스파이가 아니라 댄서로서 유명 인물이었기 때문.
그녀가 정보를 넘길 때 음표를 각 알파벳에 대응시킨 암호문을 작성했기 때문에 암호 이야기가 나올 때마다 그녀의 사례가 종종 언급된다.
