તેમનો જન્મ 11 મે 1918ના રોજ કેરળમાં થયો હતો. તેમનું બાળપણ સ્વિત્ઝરલેન્ડમાં વીત્યું હતું. જ્યાં તેમણે પાશ્ચાત્ય નૃત્ય શૈલીના શરૂઆતના પાઠ ભણ્યા હતા. રવિન્દ્રનાથ ટાગોરના માર્ગદર્શન હેઠળ તેમણે શાંતિનિકેતનમાં શિક્ષણ મેળવ્યું જ્યાં તેમને પોતાના જીવનની દિશા મળી. તે પછી તેઓ ટૂંકા સમયગાળા માટે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ ગયા જ્યાં તેમણે અમેરિકન એકેડમી ઓફ ડ્રામેટિક આર્ટસમાં પ્રવેશ મેળવ્યો. ભારત પરત ફરી તેમણે દક્ષિણ ભારતીય શાસ્ત્રીય નૃત્ય ભરતનાટ્યમની તાલીમ મેળવી હતી.
મૃણાલિનીના લગ્ન ભારતીય ભૌતિકશાસ્ત્રી વિક્રમ સારાભાઈ સાથે (જેઓ ભારતીય અવકાશ કાર્યક્રમના પિતા ગણાય છે) વર્ષ 1942માં થયા હતા. તેમના એક પુત્ર કાર્તિકેય અને પુત્રી મલ્લિકાએ પણ નૃત્ય અને નાટકજગતમાં ખ્યાતિ મેળવી હતી. મૃણાલિનીએ 1948માં અમદાવાદમાં દર્પણ એકેડમી ઓફ આર્ટસની સ્થાપના કરી હતી.