Graduada en Arte Dramático en la North Carolina School of the Arts, Mary-Louise Parker debuta como actriz en la serie de televisión ‘Ryan’s Hope’ (1975). En 1989, consigue su primer papel cinematográfico en ‘Signs of Life’. A partir de ese momento y sin dejar de lado sus actuaciones en el teatro, la actriz aparece en numerosos filmes como ‘Tomates verdes fritos’ (1991); ‘Desnudo en Nueva York’ (1993); ‘Un marido para mi mujer’ (1993), al lado de Matt Dillon; ‘El cliente’ (1994), junto a Susan Sarandon y Tommy Lee Jones; ‘Retrato de una dama’ (1996), y ‘El diablo vestido de negro’ (1999), entre otras.

En 2001, se une al elenco de la serie de televisión ‘El ala oeste de la Casa Blanca’, donde da vida a Amy Gardner durante 23 episodios. Un año después, participa en ‘El dragón rojo’, la tercera entrega de ‘El silencio de los corderos’. En 2003, protagoniza la miniserie ‘Angels in America’, y dos años más tarde consigue el role principal en la ficción televisiva ‘Weeds’, en la que interpreta a Nancy Botwin, una madre que se ve obligada a vender marihuana para sacar a su familia adelante. Un papel que le ha valido dos Globos de Oro.