По рассказам матери, отцом Мари был поэт Жан-Жак Лёфран, маркиз де Помпиньян, известный полемикой с Вольтером. В 1770 году Мари с сыном (ее муж скоропостижно скончался) приехала в Париж. В 1774 году написала аболиционистскую пьесу «Порабощение негров» (опубл. в 1789 году). Вошла в «Социальный кружок» Софи де Кондорсе, жены известного философа и математика Никола Кондорсе.
Вслед за Монтескье отстаивала принцип разделения властей. Как убежденная противница смертной казни, протестовала против смертного приговора Людовику XVI. Находилась в оппозиции Робеспьеру и Марату. Ее направленный против якобинцев политический памфлет «Три урны» (1793) повлек за собой арест, а затем — по приговору революционного трибунала — смертную казнь посредством гильотины.
Жизни Олимпии де Гуж посвящен роман Женевьевы Шовель «Олимпия» (1987). В 1989 году композицию в ее честь создал Нам Джун Пайк. 6 марта 2006 года одна из парижских площадей (3-й округ) была названа именем Олимпии де Гуж. Ее имя носят также несколько учебных заведений в различных городах Франции (Монпелье, Ренн, Тулуза), театр в Монтобане и др.