Margaretha Geertruida Zelle voit le jour le 7 août 1876 à Leeuwarden, aux Pays-Bas. Issue d'une famille bourgeoise qui connaît la faillite, elle vit une jeunesse mouvementée avant d'épouser à l'âge de dix-huit ans un officier de la marine coloniale hollandaise. Le couple part s'installer aux Indes orientales néerlandaises, où la jeune femme s'imprègne de la culture indonésienne et apprend les danses traditionnelles, tout en vivant un mariage malheureux marqué par la violence et le deuil de son jeune fils.

De retour en Europe et désormais séparée de son mari, elle débarque à Paris au début du XXe siècle sans grands moyens financiers. Pour subvenir à ses besoins, elle se réinvente complètement en créant le personnage exotique de Mata Hari, prétendant être une princesse javanaise initiée aux rituels sacrés. Ses spectacles de danses orientales dénudées au Musée Guimet et dans les salons parisiens font l'effet d'une bombe et la propulsent instantanément au rang de star internationale de la Belle Époque.

Sa beauté mystérieuse et sa liberté de mœurs séduisent rapidement l'élite politique, diplomatique et militaire de toute l'Europe. Devenue l'une des courtisanes les plus convoitées de son temps, elle mène un train de vie grandiloquent, voyageant régulièrement entre les grandes capitales. Cependant, l'éclat de sa carrière artistique commence à s'estomper au fur et à mesure que la mode de l'orientalisme s'essouffle et qu'elle prend de l'âge.

Lorsque la Première Guerre mondiale éclate en 1914, sa nationalité néerlandaise lui permet de conserver une liberté de déplacement que peu de personnes possèdent. Continuer de voyager entre la France, les Pays-Bas et l'Espagne attire inévitablement l'attention des services de renseignement alliés et allemands. Endettée et habituée au luxe, elle accepte des sommes d'argent des services secrets allemands, tout en proposant plus tard ses services au contre-espionnage français par amour pour un jeune officier russe blessé au front.

Son jeu dangereux et son manque d'expérience en matière de clandestinité lui sont rapidement fatals. Manipulée par les Allemands qui transmettent intentionnellement un message codé facile à intercepter pour la dénoncer, elle est arrêtée par les autorités françaises en février 1917 dans sa chambre d'hôtel parisienne. L'armée française, fragilisée par les mutineries au front et la lassitude de la population, cherche des coupables pour remonter le moral de la nation.

Son procès devant le conseil de guerre se déroule dans un climat de psychose collective liée à la paranoïa de l'espionnage. Accusée d'avoir transmis des informations ayant causé la mort de milliers de soldats alliés, elle défend sa liberté de femme en affirmant avoir toujours aimé la France, mais sans réussir à convaincre ses juges. Bien que les preuves matérielles restent encore aujourd'hui très débattues par les historiens, elle est condamnée à mort pour intelligence avec l'ennemi.

Le 15 octobre 1917, elle est conduite au château de Vincennes aux portes de Paris pour y être exécutée. Refusant le bandeau qu'on lui propose, elle fait face au peloton d'exécution avec une dignité et un courage qui impressionnent les témoins présents ce matin-là. Elle s'éteint à l'âge de 41 ans, immortalisant à jamais son nom dans l'histoire populaire comme l'archétype de la femme fatale et de l'espionne mystérieuse.

Après son exécution, son corps n'est réclamé par aucun membre de sa famille ou de ses proches. Conformément à la procédure de l'époque pour les suppliciés non réclamés, sa dépouille est léguée à la faculté de médecine de Paris pour servir aux études d'anatomie. Elle n'a donc pas de sépulture ni de lieu d'inhumation définitif, sa tête conservée au musée d'anatomie Delmas-Orfila-Rouvière ayant même été constatée manquante lors d'un inventaire à la fin du XXe siècle.