מארי קירי נולדה ב-7 בנובמבר 1867 בוורשה שבפולין, שהייתה אז בשליטת האימפריה הרוסית, בשם מריה סלומאה סקוודובסקה (Maria salomea Skłodowska). אביה היה מורה למתמטיקה ופיזיקה ואף ניהל שתי גימנסיות לבנים בוורשה. לאחר שהשלטונות הרוסיים אסרו לימודי מעבדה בבתי הספר בפולין, לקח אביה את ציוד המעבדה לביתו והסתייע בו ללימוד ילדיו. לאחר מכן פוטר האב מעבודתו בשל עמדותיו הפוליטיות שתמכו בהתקוממות לשימור עצמאותה של פולין. בעקבות זאת המשפחה ירדה מנכסיה. אמה של קירי עבדה בפנימייה לבנות ופרשה מעבודתה לאחר לידתה של קירי. היא נפטרה ממחלה בשנת 1878, כשקירי הייתה בת 10, שלוש שנים לאחר פטירתה של אחותה הגדולה. אביה של קירי היה אתאיסט בעוד אמה קתולית מאמינה. מות האם והאחות השפיעו על אמונתה של קירי, אשר הפכה לאגנוסטיקנית.