郑毓秀的父亲是清朝户部官僚郑文治，家境富裕。郑毓秀幼年学习儒学，研读四书五经，后来到天津教会崇实女子学校念书。1905年（光绪31年），她到日本留学，其间经廖仲恺介绍加入中国同盟会。

1911年（宣统3年）归国，担任革命派暗杀要人任务的联络员等职务，曾参加京津同盟会分会暗杀袁世凯计划。1912年（民国元年）1月，暗杀袁世凯行动开始前，受到京津同盟会分会的紧急指示而中止，改为刺杀良弼而取得成功，郑毓秀在其中也作出了贡献。同年中，郑毓秀到法国勤工俭学。1914年，她在巴黎学习法律，1917年得到巴黎大学法学硕士学位，随即加入法国法律协会。1919年，据说出席巴黎和会的中国代表团在压力下准备签署凡尔赛条约，时任代表团随员的郑毓秀在签字日的前日即6月27日组织留学生数百人包围首席代表陆征祥养病所在的圣·克卢德医院，要求中国拒绝签字。 

1925年，她获得巴黎大学法学博士学位，成为中国历史上第一位女性法学博士，也是目前有确切资料可查的中国历史上第一位女性博士。此后她被北京政府任命为驻欧调查委员，同年中归国。

归国后，她和留学时代的友人魏道明在上海公共租界合作开设律师事务所。她也成为中国历史上第一位女性律师。1926年（民国15年），南方政府派的大学教授杨杏佛被上海当局逮捕之际，郑毓秀担任其辩护律师，使其获得释放。同年4月，她当选西山会议派的国民党第二届候补中央监察委员。

魏辞任台湾省政府主席后的1948年（民国37年）末，夫妇一同移居巴西。后来因商业失败等原因，她们夫妇又一同到了美国。

晩年，郑毓秀患癌症。1959年12月16日，郑毓秀在加利福尼亚州洛杉矶市去世。享年69岁。