A Heves megyei Pélyen született, szülei pedagógusok voltak. Nagyapja apró mozijában a filmeket nézve arról ábrándozott, hogy jön majd egy híres színész és felfedezi. Egerben az angolkisasszonyoknál tanult, majd előfelvételt nyert a békéstarhosi zenei gimnáziumba. Végül mégis - az évnyitó napján - egy pesti közgazdasági gimnáziumba iratkozott be, Budapesten érettségizett.

A Színház- és Filmművészeti Főiskola operett szakának elsőéves hallgatója volt, amikor megkapta Fábri Zoltán Körhintájának főszerepét és hirtelen ismert lett. 1956-ban a cannes-i fesztiválon sokakat megigézett törékeny alakja, kifejezőerejének gazdagsága; az író Jean Cocteau és a rendező Francois Truffaut is hódolói sorába tartozott. Utóbbi azt írta: "Anélkül, hogy a húszéves művésznő tudott volna róla, ő volt a fesztivál legnagyobb sztárja, ő érdemelte volna az Arany Pálmát". Törőcsik Mari az elismerést 1976-ban kapta meg, Maár Gyula Déryné, hol van? című filmjében nyújtott alakításáért.

Már főiskolás éveiben annyit forgatott, hogy három vizsgára nem jutott ideje, ezért diplomát sem kaphatott. Azt csak évtizedekkel később - amikor a Művész Színház igazgatója lett és be kellett mutatnia diplomáját - adta ki neki a főiskola az elmulasztott vizsgák pótlása nélkül.

A színésznőt 1958-ban a Nemzeti Színház szerződtette, továbbra is filmszerepek sorát játszotta, az első három évben tíz filmet forgatott. A kor legjobb alkotásaiban játszhatott: a Körhintát a Külvárosi legenda, a Vasvirág, az Édes Anna követte, majd felfedezte őt magának Jancsó Miklós a Csend és kiáltásban és neki osztotta a Szerelmem, Elektra címszerepét. Ezt követte a Szerelem Makk Károllyal, majd megismerkedett későbbi férjével, Maár Gyulával, aki neki írt filmeket, például a Dérynét.

Vígjátékokban is szerepelt, mint például Gárdos Péter Szamárköhögésében, Tímár Péter Csapd le csacsijában, később felfedezték maguknak a "fiatalok" - Xantus János, Kamondi Zoltán, Janisch Attila - is. Legutóbb tavaly Fazekas Csaba Swingjében és A szarvassá változott fiúban szerepelt, utóbbi a Nemzeti Színházban bemutatott, Vidnyánszky Attila rendezte produkció filmes adaptációja. A közelmúltban fejezte be Mészáros Márta Aurora Borealis - Északi fény című új filmjének, valamint Kamondi Zoltán Halj már meg! című alkotásának a forgatását.

A színházban kezdetben sokat kínlódott, elfogadott színpadi színésznővé Zorin Varsói melódiájában nyújtott alakításával vált, a darabban partnere Sztankay István volt. Kiváló rendezők segítségével bonthatta ki ösztönös adottságait, művészi eszközeinek kiteljesítésében Jurij Ljubimov és Anatolij Vasziljev is inspirálták.

1978-ban megvált a Nemzeti Színháztól és a győri Kisfaludy Színház művészeti vezetője lett, 1980-tól a Mafilm, 1990 és 1993 között a szolnoki Szigligeti Színház társulatának tagja, 1993 és 1996 között a Művész (Thália) Színház művésze, 1993-tól egy évig igazgatója volt. 1990-től 1992-ig a Magyar Színészkamara elnökeként is tevékenykedett. 2002 óta újra a Nemzeti Színház tagja, de vendégként más színházakban is fellép.

Az elmúlt fél évszázad egyik legnagyobb magyar színművésze eljátszott mindent, amit színésznő eljátszhat: tragikus alakoktól komédiáig, társadalmi szerepektől zenés játékokig, karakterszerepekig mindenfajta színpadi alakot megelevenített.

2008 őszén újraélesztést követően kómába esett és hetekig intenzív ellátást igényelt. Először újra 2009 őszén a kaposvári Csiky Gergely Színházban Marguerite Duras Naphosszat a fákon című színművében, Anatolij Vasziljev rendezésében állt színpadra. Az elmúlt évadban két bemutatója is volt a Nemzeti Színházban, Gorkij Éjjeli menedékhely című darabjában, amelyet Viktor Rizsakov rendezett, Lukát, a vándort alakította, majd Ibsen Brand című drámájában, Zsótér Sándor rendezésében a címszereplő anyját formálta meg.

A művészetét elismerő díjakat felsorolni szinte lehetetlen. 1959-ben Balázs Béla-díjjal, számos nagy nemzetközi fesztiválon a legjobb női alakítás díjával tüntették ki és életműdíjat kapott 1994-ben a Magyar Filmszemlén. Kétszer tüntették ki Jászai Mari-díjjal (1964, 1969) és Kossuth-díjjal (1973, 1999), 1971-ben érdemes művész, 1977-ben kiváló művész címet kapott. 2000-ben a nemzet színésze lett. A Prima díjat 2003-ban, a Prima Primissima Jubileumi díját 2007-ben kapta meg. Többször is elnyerte a Színikritikusok Díját, legutóbb 2010-ben. 2011-ben a Színházi Kritikusok Céhének életműdíjával, 2014-ben a Nemzet Művésze díjjal tüntették ki, idén Kölcsey Ferenc-emlékplakettet kapott.

2013-ban Körhintamenet címmel, Beszédes könyv Törőcsik Mariról alcímmel jelent meg Szabó G. László kötete a pozsonyi Kalligram Kiadó gondozásában.

Törőcsik Mari különleges előadással készült nyolcvanadik születésnapjára: a nyáron kezdte Az öreg és a tenger című produkció próbáit Anatolij Vasziljev rendezővel, ám orvosai tanácsára végül nem vállalta a novemberi bemutatót. A Nemzeti Színház gálával és kiállítással ünnepli november 23-án a színésznőt.