A Heves megyei Pélyen született, szülei pedagógusok voltak. Nagyapja apró mozijában a filmeket nézve arról ábrándozott, hogy jön majd egy híres színész és felfedezi. Egerben az angolkisasszonyoknál tanult, majd előfelvételt nyert a békéstarhosi zenei gimnáziumba, végül mégis - az évnyitó napján - egy pesti közgazdasági gimnáziumba iratkozott be. A következő ősszel már el sem kezdte a zeneiskolát és Budapesten érettségizett.

A Színház- és Filmművészeti Főiskola operettszakának elsőéves hallgatója volt, amikor megkapta Fábri Zoltán Körhintájának főszerepét és hirtelen bekerült a köztudatba. 1956-ban a cannes-i fesztiválon sokakat megigézett Törőcsik Mari alakja, kifejezőerejének gazdagsága; az író Jean Cocteau és a rendező Francois Truffaut is beállt hódolói sorába. Utóbbi azt írta: "Anélkül, hogy a húszéves művésznő tudott volna róla, ő volt a fesztivál legnagyobb sztárja, ő érdemelte volna az Arany Pálmát". 1975-ben aztán megkapta az elismerést Maár Gyula Déryné, hol van? című filmjében nyújtott alakításáért.

Már főiskolás éveiben annyit forgatott, hogy három vizsgára nem jutott ideje, ezért diplomát sem kaphatott. 22 évvel később - amikor a Művész Színház igazgatója lett, és be kellett mutatnia diplomáját - a főiskola kiadta neki az elmulasztott vizsgák pótlása nélkül.
1958-ban a Nemzeti Színház szerződtette, de továbbra is filmszerepek sorát játszotta, az első három évben tíz filmet forgatott. A kor legjobb alkotásaiban játszhatott: a Körhintát a Külvárosi legenda, a Vasvirág, az Édes Anna követte, majd felfedezte őt magának Jancsó Miklós a Csend és kiáltásban és neki osztotta a Szerelmem, Elektra címszerepét. Ezt követte a Szerelem Makk Károllyal, majd megismerkedett későbbi férjével, Maár Gyulával, aki neki írt filmeket, például a Dérynét.
Vígjátékokban is szerepelt, mint például Gárdos Péter Szamárköhögésében, Tímár Péter Csapd le csacsijában, később felfedezték maguknak a "fiatalok" is: Xantus János, Kamondi Zoltán, Janisch Attila (Hosszú alkony).
A színházban kezdetben sokat kínlódott, elfogadott színpadi színésznővé Zorin Varsói melódiájában nyújtott alakításával vált, partnere Sztankay István volt. Kiváló rendezők segítségével bonthatta ki ösztönös adottságait, művészi eszközeinek kiteljesítésében Ljubimov és Vasziljev is inspirálták.
1978-ban megvált a Nemzetitől, a győri Kisfaludy Színház művészeti vezetője lett, 1980-tól a Mafilm, 1990 és 1993 között a szolnoki Szigligeti Színház társulatának tagja, 1993 és 1996 között a Művész (Thália) Színház művésze, 1993ban és 1994-ben a színház igazgatója volt. 1990-től 1992-ig a Magyar Színészkamara elnökeként is tevékenykedett.

Az elmúlt fél évszázad egyik legnagyobb művésze eljátszott mindent, amit színésznő eljátszhat: tragikus alakoktól komédiáig, társadalmi szerepektől zenés játékokig, karakterszerepekig mindenfajta színpadi alakot megelevenített. A művészetét elismerő díjakat felsorolni szinte lehetetlen, 1959-ben Balázs Béla-díjjal, számos nagy nemzetközi fesztiválon a legjobb női alakítás díjával tüntették ki és életműdíjat kapott 1994-ben a Magyar Filmszemlén. Törőcsik Marit kétszer tüntették ki Jászai Mari- (1964, 1969) és Kossuth-díjjal (1973, 1999), 2000-ben a nemzet színésze lett.

Túlélve egy válságos időszakot - 2008 őszén újraélesztést követően kómába esett és intenzív ellátást igényelt hetekig - újra színpadra állt, s idén megkapta a Színikritikusok Díját.
Születésnapja alkalmából a Magyar Televízió is tiszteleg Törőcsik Mari előtt. Vasárnap, november 21-én kora délután a Hogy volt?! című műsorban pályatársai, tanítványai, barátai és a művésznő "prágai testvére", az Oscar-díjas rendező, Jirí Menzel köszönti. Születésnapján, november 23-án este pedig az m1-en levetítik a Házasságból elégséges című 1961-es vígjátékot, amelyben az akkor 26 éves fiatal színésznő első férjével, Bodrogi Gyulával játszik.