Née le 22 juillet 1946 à Avignon, Mireille Mathieu est issue d'une famille de marbriers funéraires ; son père, Roger, était tailleur de pierre. La petite fille, aînée de quatorze enfants, apprend très jeune à s'occuper de ses frères et soeurs et s'affaire aux tâches ménagères pour seconder sa maman, Marcelle. Elle se passionne pour la musique, initiée par son père chanteur baryton à ses heures et fan d'opéra. Adolescente, elle pointe à l'usine pour aider sa famille et les jours de repos participe à de nombreux galas et concours locaux. En novembre 1965, elle participe au télécrochet Le jeu de la chance de Télé Dimanche sur l'unique chaîne de télévision. Les téléspectateurs découvre alors une jeune fille âgée de 19 ans à la voix déjà puissante. Elle remporte le concours cinq semaines de suite et se fait remarquer par Johnny Stark qui devient son manager.
Le 26 décembre 1965, elle fait son premier Olympia en première partie de Sacha Distel et Dionne Warwick. Son premier 45 tours, Mon credo, est un énorme succès avec plus d'un million d'exemplaires écoulés. Très vite, sa notoriété dépasse les frontières de l'hexagone, en mars 1966, la jeune prodige est invitée de l'émission Ed Sullivan Show aux Etats-Unis. Cette même année, elle enchaîne les tubes; Pourquoi mon amour, Qu'elle est belle, Un homme et une femme. L'amour devient son thème de prédilection.
Elle poursuit sa carrière internationale et entame une tournée en URSS en mai 1967 puis elle publie son premier album en allemand, Hinter den Kulissen vont Paris, en 1969. En 1971, elle poursuit ses collaborations fructueuses et enregistre un nouveau titre, Une histoire d'amour, avec Francis Lai. Ce titre est un succès et lui permet de conquérir un nouveau public, le Japon. En 1976, elle parcours les quatre coins de la planète pour sa quatrième tournée mondiale. En 1978, elle est choisie par les maires de France pour incarner Marianne. Plus discrète sur les scènes parisiennes, elle fait son grand retour sur la scène du Palais des Congrès de Paris en 1986 pour célébrer ses 20 ans de carrière.
En 1989, la disparition de Johnny Stark, son manager et mentor, assombrit le quotidien de la chanteuse qui sombre dans la dépression. Grâce au soutien de sa famille et de l'une de ses soeurs, Matite, qui vit avec la chanteuse dans son hôtel particulier de Neuilly-sur-Seine, Mireille Mathieu retrouve le chemin des studios et publie un nouvel album, Mireille Mathieu (1991), avec une nouvelle maison de disques, Carrère. Chaque sortie d'album est un triomphe, la presse américaine la compare à Edith Piaf. En 1999, le président Jacques Chirac lui remet les insignes de chevalier de la Légion d'Honneur.
En novembre 2005, alors qu'elle fête ses 40 ans de carrière à l'Olympia, elle reçoit un disque de rubis récompensant ses ventes d'albums depuis ses débuts : 122 millions d'albums vendus dans le monde. Puis la chanteuse se fait plus rare en France… mais devient l'un des symboles de la chanson française à l'étranger et se produit régulièrement en Russie et en Allemagne. En 2012, c'est avec un hommage à son idole, Mireille Mathieu chante Piaf, qu'elle fait son retour dans les bacs. En octobre 2014, elle célèbre ses cinquante de carrière sur la scène de l'Olympia.