مریم میرزاخانی در 22 اردیبهشت 1356ش در شهر تهران دیده به دنیا گشود. مریم چهارمین فرزند خانواده بود. پدرش مسئول یک مرکز نیکوکاری بود و مریم نیز به فعاليت در اين مرکز خیریه علاقمند بود و به‌عنوان یکی از فعالان گروه همیاری جوانان به موضوع توانمندسازی افراد دارای معلولیت اهتمام می‌ورزید. او در دوران کودکی آرزوی نویسنده شدن را در سر می‌پروراند و خواندن رمان، یکی از سرگرمی‌های روزانه‌اش بود. در میانه این دوران شیرین دخترانه، برادر بزرگترش پنجره‌ای از دانش ریاضی را به روی وی گشود و با مطرح کردن راه حل جمع اعداد یک تا 100 به روش خاص، فهمی دلنشین از دانش ریاضی را به مریم هدیه کرد.
دكتر حسين مدرسي طباطبايي، استاد دانشگاه پرينستون می‌گوید: «همسر مریم ميرزاخاني مدتي پيش از ازدواج به اسلام گرويده بود. در دوره‌اي كه فوق دکترا دانشگاه پرينستون بود، روزي به دفتر من آمد و سؤالاتي در باب اسلام داشت. به روال همه موارد مشابه، دو مجموعه پر حجم از درس‌هاي پيشين خود در عقايد و حقوق اسلام به او دادم و از او خواستم به دقت و منتقدانه بخواند و انتقادات و نظرات خود را از ساده‌ترين تا خشن‌ترين و سهمگين‌ترين، صادقانه با من در ميان بگذارد. چنين كرد و مدتي عصرها ساعت 5/4 كه درسم تمام مي‌شد، به دفتر من مي‌آمد و صحبت مي‌كرديم. از بهترين و مهذب‌ترين دانشمندان جواني بود كه در طول 35 سال خدمت در اين دانشگاه ديده‌ام. عاقبت به قائد توفيق و نورانيت پيامبر اكرم به اسلام تشرف يافت. شهادت اسلام او را خود به خط و امضاي خويش نوشتم. مفتخرم كه زمينه‌ساز ازدواج او با مريم بودم.»
دكتر طباطبايي درباره اعتقادات عميق مذهبي پروفسور ميرزاخاني نيز اينگونه توضيح داده است: «مريم به مذهب دلبستگي عميق و حقيقي داشت. او كسي نبود كه كاري بدون رعايت دقيق موازين شرع كند. تنها مسئله پوشش موي سر بود كه بر آن مستمسكي شرعي داشت. شايد من با آن نظر موافق نبودم، اما او با خداي خود و با پيامبر و خاندان گرامي او راهي ديگر داشت. خدايش در سايه رحمت واسعه خود جاي دهاد. مريم به پاكي فرشتگان بود. داغ او بر دلم سنگيني مي‌كند. چه توانم كرد؟»
