Η Μαίρη Χρονοπούλου γεννήθηκε στις 16 Ιουλίου του 1933 στην Αθήνα. Αποφοίτησε από τη σχολή του Εθνικού Θεάτρου, στο οποίο εμφανίστηκε στις ομάδες του χορού, σε αρχαία δράματα.
Το 1957 άρχισε να συνεργάζεται με το ελεύθερο θέατρο, κάνοντας εμφανίσεις στο Ακροπόλ στα έργα των Αλέκου Σακελλάριου-Χρήστου Γιαννακόπουλου «Η Κυρία» και «Ρομάντζο μιας Καμαριέρας».
Στον κινηματογράφο πρωτοεμφανίστηκε σαν κομπάρσα στο Χαρούμενο ξεκίνημα του Ντίνου Δημόπουλου, το 1954, σε παραγωγή της Φίνος Φιλμ όταν ήταν ακόμη φοιτήτρια. Το 1958 πήρε ένα μικρό ρόλο στο Τελευταίο ψέμα του Μιχάλη Κακογιάννη, πάλι στη Φίνος Φιλμ.
Από το 1963 και μετά πρωταγωνίστησε σε πολλές δραματικές σειρές της Φίνος Φιλμ, και όχι μόνο, σε ρόλους ντάμας και μοιραίας γυναίκας, δίπλα σε όλους τους πρωταγωνιστές της εποχής, όπως οι Νίκος Κούρκουλος, Φαίδων Γεωργίτσης, Δημήτρης Παπαμιχαήλ, Γιώργος Φούντας και Αλέκος Αλεξανδράκης.
Ξεχωρίζουν οι ερμηνείες της στην ταινία Τα κόκκινα φανάρια του Βασίλη Γεωργιάδη, υποψήφια για το Όσκαρ ξενόγλωσσης ταινίας στην 36η απονομή των βραβείων το 1964 σε παραγωγή της Δαμασκηνός – Μιχαηλίδης, Χωρίς ταυτότητα, Το χώμα βάφτηκε κόκκινο, δραματική ταινία του 1966 σε σκηνοθεσία του Βασίλη Γεωργιάδη και σενάριο Νίκου Φώσκολου, υποψήφια για το Όσκαρ ξενόγλωσσης ταινίας στην 38η απονομή των βραβείων το 1966, Πολύ αργά για δάκρυα του Γιάννη Δαλιανίδη, Όταν η πόλις πεθαίνει σε σενάριο Νίκου Φώσκολου και σκηνοθεσία Γιάννη Δαλιανίδη, Οι αδίστακτοι του Ντίνου Κατσουρίδη, Κοινωνία ώρα μηδέν του Ντίνου Δημόπουλου, Η λεωφόρος του μίσους και Ορατότης μηδέν του Νίκου Φώσκολου.
Η Μαίρη Χρονοπούλου άφησε το δικό της στίγμα στα μιούζικαλ του Γιάννη Δαλιανίδη. Αν και σε αρκετούς υπάρχει η εντύπωση ότι έπαιξε σε πολλά από αυτά, στην πραγματικότητα εμφανίστηκε μόλις σε τρία: Οι θαλασσιές οι χάντρες, Μια κυρία στα μπουζούκια και Γοργόνες και μάγκες.
Ιδιαίτερα στο Μια κυρία στα μπουζούκια σαγήνευσε το κοινό με το ακαταμάχητο στυλ και ταμπεραμέντο της τόσο υποκριτικά όσο και ερμηνεύοντας δύο από τις κλασικές επιτυχίες του ελληνικού κινηματογράφου, το «Είμαι γυναίκα του γλεντιού» και το «Του αγοριού απέναντι».
Την περίοδο 1967-68 υπήρξε η καλύτερη πρωταγωνίστρια του κινηματογράφου και κέρδισε το βραβείο της ενώσεως κριτικών. Κινηματογραφικά, έχουν ξεχωρίσει οι ερμηνείες της στις ταινίες του Θόδωρου Αγγελόπουλου Οι κυνηγοί και Ταξίδι στα Κύθηρα, ενώ κέρδισε βραβείο Α’ γυναικείου ρόλου στο Φεστιβάλ Θεσσαλονίκης με την ταινία Τα παιδιά της χελιδόνας του Κώστα Βρεττάκου, το 1987.
Στη θεατρική της καριέρα, συνεργάστηκε με όλους τους μεγάλους θιάσους της Αθήνας και έπαιξε όλα τα είδη θεάτρου. Το 1972 έκανε τον δικό της θίασο με τον οποίο ανέβασε τα έργα: «Τι ώρα θα γυρίσεις, Πηνελόπη» του Σόμερσετ Μομ και «Ένα καυτό κορίτσι» του Ιάκωβου Καμπανέλη.
Τον Αύγουστο του 1999 έπαθε ένα σοβαρό ατύχημα με το αυτοκίνητό της, που την έχει αναγκάσει να βρίσκεται μακριά από τα φώτα της δημοσιότητας για πολλά χρόνια. Πριν από λίγο καιρό ωστόσο ανέκαμψε και επέστρεψε στην κοινωνική ζωή.
Στις 16 Ιουνίου 2021 η Μαίρη Χρονοπούλου τιμήθηκε με το Βραβείο Συνολικής Προσφοράς στην Τελετή Απονομής των Βραβείων ΙΡΙΣ από την Ελληνική Ακαδημία Κινηματογράφου.
Τελευταία φορά την είδαμε στον τρίτο κύκλο του “Έτερος Εγώ“ του Σωτήρη Τσαφούλια.
Η σπουδαία Ελληνίδα ηθοποιός, Μαίρη Χρονοπούλου πέθανε στις 06/10/2023, μετά από νοσηλεία λίγων ημερών, αφού χρειάστηκε να εισαχθεί στην εντατική, μετά από ατύχημα που είχε στο σπίτι της την Κυριακή.