Egy budapesti bankárcsalád nyolc gyermeke közül legidősebbként született Telkes Mária 122 éve, 1900 decemberében. Az angolkisasszonyoknál és a Sophianum katolikus leánygimnáziumban, majd 1920-tól az ELTE jogelődjeként működő Budapesti Tudományegyetemen tanult. Először matematika–fizika szakon végzett, azután a doktori képesítést is megszerezte a fizikai kémia területén, majd 1924-ben a nagybátyja hívására az Egyesült Államokba költözött.
A clevelandi biofizikai intézet laboratóriumában kapott állást 1925-ben, ahol agysejteket vizsgált, eredményeire pedig már ekkor felfigyeltek a szakmabeliek. 1934-ben ő volt az egyetlen tudós, aki a The New York Times, a Cleveland Press és a Detroit Free Press lapok legsikeresebb és legismertebb nőit soroló listáján helyet kapott.
Öt évvel később, 1939-ben Bostonba költözött, ahol
a Massachusetts Institute of Technology tanára, kutatója lett.
Tudományos munkájának középpontjában a napenergia újszerű, minél hatékonyabb felhasználási módja állt, erről is kapta későbbi becenevét: Napkirálynő. Az ő felfedezésének köszönhető az az eszköz, amely a tengervízből napenergia segítségével ivóvizet készített – a második világháborúban ez az amerikai légierőnél szolgáló minden katona felszerelésének része volt.