1832-ben született New York állam Oswego városában, haladó szellemű szülők gyermekeként, így kiváló oktatásban részesült, és közvetlen példát látott otthon az egyenrangú házasságra, az egyenlő otthoni munkamegosztásra. Anyja már gyerekkorában meggyőzte, hogy a nők számára szinte kötelezőnek számító szoros fűző és a földet söprő, port piszkot összeszedő számtalan alsószoknya egészségtelen.

1855-ben az első női orvosok között végzett New Yorkban, a Syracuse Medical Collegeban (az évfolyam egyetlen nőhallgatójaként). A diploma után férjhez ment évfolyamtársához - az esküvőn "bloomert" (korabeli nadrágot) viselt, nem fogadott engedelmességet, ráadásul a lánykori nevét is megtartotta! - és közösen elindították praxisukat. Mivel azonban a páciensek nem bíztak az orvosnőkben, nem voltak sikeresek, és később a férj hűtlensége miatt el is váltak.  

A polgárháborúban az északiak önkéntese, kezdetben mint nővér, később mint sebész dolgozott. Kémkedés vádjával (holott valójában sebesült civileket akart ellátni az ellenség területén) a konföderációsok börtönébe került, ahonnan fogolycserével szabadult. Andrew Johnson elnök 1865-ben a Congressional Medal of Honor kitüntetést adományozta neki - a mai napig ő az egyetlen nő, aki ebben a magas rangú katonai elismerésben részesült.

A háború után rendszeresen előadott és publikált, többek közt a higiéniáról, az absztinenciáról (az alkoholellenes mozgalom keretén belül), a betegségek megelőzéséről, valamint a nők jogairól, azon belül a kényelmes, egészséges öltözködésről. Többször letartóztatták „férfiruha” viseléséért.

„Nem férfiruhát viselek, hanem a saját ruháimat”

– válaszolta a vádakra. Egész életében elkötelezett híve volt az öltözködési reformnak, annak ellenére, hogy számtalan atrocitást szenvedett el miatta.  

Küzdött a nők szavazati jogáért is, 1871-ben megpróbálta magát felvetetni a választói listára. Mindvégig kitartott azon nézete mellett, hogy a nők az aktuálisan érvényben levő törvények szerint is rendelkeznek szavazati joggal. 1919 februárjában halt meg - a Tizenkilencedik Kiegészítés törvénybe iktatását már nem érte meg. 

Művei: 

• Hit: Essays on Women's Rights. (1871)
• Unmasked, or the Science of Immorality, To Gentlemen by a Woman Physician and Surgeon. (1878)
• Woman suffrage, No.1: hearings before the Committee on the Judiciary, House of Representatives, Sixty-second Congress, second session, statement of Dr. Mary E. Walker. February 14, 1912.