鄭毓秀的父親是清朝户部官僚鄭文治，家境富裕。鄭毓秀幼年學習儒學，研讀四書五經，後來到天津教會崇實女子學校唸書。1905年（光緒31年），她到日本留學，其間經廖仲愷介紹加入中國同盟會。
1911年（宣統3年）歸國，擔任革命派暗殺要人任務的聯絡員等職務，曾參加京津同盟會分會暗殺袁世凱計劃。1912年（民國元年）1月，暗殺袁世凱行動開始前，受到京津同盟會分會的緊急指示而中止，改為刺殺良弼而取得成功，鄭毓秀在其中也作出了貢獻。同年中，鄭毓秀到法國勤工儉學。1914年，她在巴黎學習法律，1917年得到巴黎大學法學碩士學位，隨即加入法國法律協會。1919年，據説出席巴黎和會的中國代表團在壓力下準備簽署凡爾賽條約，時任代表團隨員的鄭毓秀在簽字日的前日即6月27日組織留學生數百人包圍首席代表陸徵祥養病所在的聖·克盧德醫院，要求中國拒絕簽字 。
1925年，她獲得巴黎大學法學博士學位，成為中國歷史上第一位女性法學博士，也是目前有確切資料可查的中國歷史上第一位女性博士。此後她被北京政府任命為駐歐調查委員，同年中歸國。
歸國後，她和留學時代的友人魏道明在上海公共租界合作開設律師事務所。她也成為中國歷史上第一位女性律師。1926年（民國15年），南方政府派的大學教授楊杏佛被上海當局逮捕之際，鄭毓秀擔任其辯護律師，使其獲得釋放。同年4月，她當選西山會議派的國民黨第二屆候補中央監察委員。
1927年（民國16年）4月，鄭毓秀任江蘇省政務委員會委員，年末成為上海臨時法院院長，但未就任。她還兼上海法政大學校長。同年8月，她和魏道明結婚。1928年，她任國民政府駐歐特使，特別負責中國和法國的雙邊友好事務。同年中歸國，11月任立法院立法委員。其間她任民法編纂委員，在起草民法草案時特別提出增加多條女性權利保護條文。圖為1943年2月華盛頓，駐美大使魏道明夫人鄭毓秀與訪美中國代表團團長熊式輝在酒會上。
以後鄭毓秀曾任建設委員會委員、賑災委員會委員。抗日戰爭爆發後，她兼教育部次長。1942年，其夫魏道明任駐美國大使，她隨行赴美國。1943年她任各國援華會名譽主席。戰後，她和魏道明一同回國，再任立法委員。圖為魏道明夫人鄭毓秀與訪美中國代表團團長熊式輝在酒會上。
魏辭任台灣省政府主席後的1948年（民國37年）末，夫婦一同移居巴西。後來因商業失敗等原因，她們夫婦又一同到了美國。
晩年，鄭毓秀患癌症。1959年12月16日，鄭毓秀在加利福尼亞州洛杉磯市去世。享年69歲。
