Hon bar den på sin 45:e födelsedagsfest på Madison Square Garden i New York, men plagget var så tajt att hon var tvungen att sys in i den.
Monroe dog mindre än tre månader senare, och presidenten dog 1963.
Klänningen såldes 1999 för $1,26m men Juliens Auktioner tror att den kan hämta upp till $3m (2,2m) i november.
Klänningen, gjord av siden gasbinda och täckt av tusentals rhinestone pärlor och paljetter, kommer att gå under hammaren i Los Angeles den 17 november.
Innan dess kommer det att visas på Mana Contemporary i Jersey City, New Jersey, och Museum of Style Icons i Newbridge, Irland.
Den köttfärgade klänningen Marilyn Monroe bar när hon andlöst sjöng Grattis på födelsedagen till president John F Kennedy 1962, ska auktioneras ut.