Mario Molina dilahirkan di Mexico City pada tanggal 19 Maret 1943. Ayahnya Mario Molina Pasquel adalah seorang pengacara dan pengajar di National University of Mexico (Universidad Nacional Autonoma de Mexico (UNAM) dan juga pernah menjalankan tugas sebagai duta besar Meksiko untuk Ethiopia, Australia dan Filipina. Sebelum dikirim ke sekolah asrama di Swis pada usia 11 tahun, dia mengubah kamar mandi menjadi laboratorium kimia dibantu oleh bibinya, Esther Molina, seorang kimiawati. Pada 1960, dia mengikuti program teknik kimia di UNAM dan setelah menyelesaikan tingkat sarjananya, dia masuk University of Freiburg di Jerman. Setelah menghabiskan waktu selama dua tahun mempelajari kinetika polimerisasi, di kembali ke Meksiko sebagai Asisten Profesor di UNAM. Pada tahun 1968, di berangkat ke University of California di Berkeley tempatnya melakukan riset bersama Profesor George C. Pimentel, untuk mempelajari dinamika molekuler dengan menggunakan laser. Dia meneliti distribusi energi internal pada hasil reaksi reaksi kimia dan reaksi fotokimia dan untuk ini dia memperoleh gelar Ph. D. pada tahun 1972.

Setelah beberapa tahun di Barkeley dengan riset di bidang dinamika kimia, dia bergabung ke kelompok Professor F. Sherwood (Sherry) Rowland sebagai mahasiswa postdoctoral di Irvine, CA. Rowland merupakan perintis penelitian sifat kimia “hot atom”, meneliti sifat-sifat kimia atom dengan energi translasi berlebih dan diproduksi melalui proses radioaktif. Salah satu bidang kajian risetnya berhubungan dengan chlorofluorocarbons (CFCs), yang terakumulasi di atmosfer, dan pada saat itu tidak memiliki efek yang signifikan pada lingkungan. Tiga bulan setibanya di Irvine, dia mengembangkan teori penipisan lapisan ozon-CFC (CFC-ozone depletion theory). Pada tahun 1975, dia menjadi Asisten Profesor. Kemudian, dia memulai program mandiri untuk meneliti sifat kimia dan spektroskopik senyawa atmosfer yang penting, dengan fokus pada senyawa yang tidak stabil dan sulit ditangani di laboratorium, seperti asam hipoklorida, klor nitrit, asam peroksinitrit, dan lain sebagainya. Setelah menghabiskan waktu selama tujuh tahun di Irvine sebagai Asisten Profesor dan kemudian Associate Professor, di bergabung ke bagian Molecular Physics and Chemistry di Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA. Pada 1989, dia menjadi Profesor Kimia Atmosfer di Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences dan Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, yang mana ditempat inilah dia melanjutkan penelitian mengenai isu-isu kimia atmosfer global.

Dia adalah anggota United States National Academy of Sciences, Institute of Medicine dan Pontifical Academy of Sciences. Dia menjabat sebagai United States President's Committee of Advisors in Science and Technology, sekretaris Lembaga Penasehat Energi, National Research Council Board dalam bidang Environmental Studies and Toxicology, dan lembaga US-Mexico Foundation of Science dan berbagai organisasi lingkungan non profit. Pada 1995, di berbagi Nobel Prize bidang kimia dengan Paul Crutzen dan F. Sherwood Rowland untuk penelitian mereka pada kimia atmosfer, khususnya pembentukan dan dekomposisi ozon.

Dia menikahi Luisa Tan, seorang kolaborator pada penelitiannya dan mereka memiliki dua orang putra.

---