Szülei már 10 éves korában észrevették matematikai tehetségét. A Sorbonne természettudományi karán kezdett tanulni, a háború alatt röntgentechnikusként dolgozott, utána tudta befejezni tanulmányait. 1925-ben védte meg a polónium alfa sugárzásáról írt doktori disszertációjat, utána anyja laboratóriumában kezdett dolgozni. 1926-ban házasságot kötött Frédéric Joliot-val, kutatásaikról közös publikációkban számoltak be. A mesterséges radioaktivitás felfedezéséért 1935-ben megosztott Nobel-díjat kaptak. 1936-ban rövid időre a tudományos kutatásért felelős államtitkári posztot töltötte be. A náci megszállás idején szüneteltette kutatásaik publikálását. Az Atomenergia bizottság alapító tagja volt, 1946-ban a Rádium intézet vezetőjévé nevezték ki.