Geboren als Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil am 17. Dezember 1706 in Paris, wuchs sie in einer wohlhabenden und einflussreichen Familie auf. Ihr Vater, ein Höfling am französischen Königshof, erkannte früh ihre außergewöhnliche Begabung und förderte ihre Ausbildung – ein ungewöhnlicher Schritt in einer Zeit, in der Frauen nur selten Zugang zu höherer Bildung hatten. Émilie erhielt Unterricht in Mathematik, Physik, Fremdsprachen und Literatur. Ihre Sprachbegabung war beeindruckend: Neben Französisch sprach sie fließend Latein, Italienisch, Englisch und Deutsch.

1725 heiratete sie den Marquis Florent-Claude du Châtelet, eine Verbindung, die ihr den Titel Marquise de Châtelet einbrachte. Obwohl ihre Ehe weitgehend formell blieb, ermöglichte sie Émilie, sich ihren intellektuellen Interessen zu widmen. Nach der Geburt ihrer drei Kinder vertiefte sie ihre Studien, insbesondere in Mathematik und Physik, und begann, wissenschaftliche und philosophische Werke zu schreiben.

Ein Wendepunkt in ihrem Leben war ihre Begegnung mit Voltaire, einem der führenden Köpfe der Aufklärung, mit dem sie eine intensive intellektuelle und romantische Beziehung pflegte. Gemeinsam zogen sie sich auf ein Schloss ihres Ehemanns in Cirey zurück, wo sie eine produktive Arbeitsgemeinschaft bildeten. Während Voltaire sich der Literatur und Philosophie widmete, arbeitete Émilie an wissenschaftlichen Studien, insbesondere zur Physik.

Émilie du Châtelets bedeutendster Beitrag zur Wissenschaft war ihre Übersetzung und Kommentierung von Isaac Newtons Principia Mathematica, die 1749 veröffentlicht wurde, und bis heute eine der einflussreichsten und genauesten französischen Ausgaben des Werkes ist. Neben der Übersetzung fügte sie eigene Erläuterungen hinzu, die Newtons Gravitationstheorie mit der von Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelten Infinitesimalrechnung verbanden. Sie trug wesentlich zur Verbreitung und Weiterentwicklung von Newtons Ideen auf dem europäischen Kontinent bei.

Ihr wissenschaftliches Werk war jedoch nicht auf die Physik beschränkt. Émilie beschäftigte sich auch mit Metaphysik, Ethik und der Philosophie des Glücks. In ihrem Buch Discours sur le bonheur (Diskurs über das Glück) reflektierte sie über die Bedingungen eines erfüllten Lebens und betonte die Bedeutung von Leidenschaft, Vernunft und intellektuellem Streben.

Im Jahre 1746 wurde sie in die Akademie der Wissenschaften zu Bologna aufgenommen.

Émilie du Châtelets Leben endete tragisch früh: Sie starb am 10. September 1749 im Alter von 42 Jahren an den Folgen der Geburt ihres vierten Kindes. Sie war eine Frau, die gesellschaftliche Konventionen überwand und eine Brücke zwischen der Naturwissenschaft und der Philosophie schlug. Ihre Leidenschaft für Wissen und ihre intellektuelle Brillanz inspirieren bis heute.