È stata una fisica tedesca naturalizzata statunitense, premio Nobel per la fisica nel 1963 assieme a J. Hans D. Jensen.
Fu la seconda donna a ricevere il premio Nobel per la fisica, dopo Marie Curie. Nata a Katowice il 28 giugno 1906, si trasferì con la sua famiglia a Gottinga nel 1910. Nella primavera del 1924 entrò all’università come studentessa di matematica e fisica. Il 19 gennaio del 1930 sposò il chimico americano Joseph Edward Mayer. La coppia si trasferì a Baltimora, negli Stati Uniti. La Goeppert ottenne un lavoro come assistente presso il Dipartimento di Fisica dell’Università Johns Hopkins.
Nel 1939 si trasferisce a New York, dove strinse immediatamente amicizia con Harold Urey ed Enrico Fermi. Nel 1946 fu fondato l’Argonne National Laboratory nei pressi di Chicago, e le fu offerta una posizione come Senior Physicist nella divisione di fisica teorica. Soltanto nel 1960 la Goeppert-Mayer divenne professoressa ordinaria di fisica, presso l’Università della California a San Diego, dove continuò la sua attività di ricerca in fisica nucleare fino alla sua morte, nel 1972.