Mary-Louise Parker nasceu em Fort Jackson, Carolina do Sul. Ela é filha de Caroline Louise (née Morell) e John Morgan Parker, que serviu as forças armadas dos Estados Unidos. Por causa da carreira de seu pai, Mary-Louise viveu partes da sua infância no Tenessi e Texas, assim também como na Alemanha e França. Mary-Louise tem três irmãos: Jay M. Parker, Sage Parker e Bruce M. Parker. Ela se formou em Marcos De Niza High School em Tempe, Arizona.