Maria Luisa Spaziani nacque il 7 dicembre 1922 a Torino, dove compì gli studi e intrecciò le prime amicizie letterarie.
Nella prima adolescenza lesse Collodi, Dickens, il Don Chisciotte, le Confessioni di un italiano, dedicandosi poi alla poesia: in particolare Pascoli e Gozzano. Grazie a un suo professore, Vincenzo Ciaffi, si avvicinò anche ai poeti latini – tradusse Catullo – e alla poesia italiana contemporanea: oltre al "solito" Montale, Penna, Luzi, Sinisgalli
Compiuti gli studi superiori, si iscrisse alla facoltà di lingue presso l'Università di Torino, conseguendo la laurea con una tesi sulla Recherche proustiana. La poesia e la cultura francese – Dumas padre, Flaubert, Zola, Voltaire, Hugo – furono sempre un punto di riferimento costante per la poetessa, la quale visse per alcuni brevi periodi a Parigi.
Essenziale fu per lei l'incontro con Montale, avvenuto in occasione di una conferenza al teatro Carignano di Torino, il 14 gennaio 1949. Iniziò così una delle relazioni intellettuali e spirituali più intense della letteratura italiana.
Negli anni Cinquanta iniziò a scrivere pezzi giornalistici per numerose testate (Il Tempo, La Stampa, Corriere della sera...) e collaborò anche a varie riviste tra cui Epoca, Radiocorriere TV, Botteghe oscure e Nuovi argomenti.
Nel 1954 Mondadori, nella prestigiosa collana "Lo Specchio", la sua raccolta d'esordio Le acque del sabato – che conteneva anche la plaquette apparsa nello stesso anno, Primavera a Parigi – in cui dominano il tema del tempo e si percepiscono molteplici risonanze di ascendenza francese.
Il 1956 fu l'anno de La bufera di Montale che le dedicò un'intera sezione, Madrigali privati, dove è evocata con il nome di "Volpe".
Nell'ottobre del 1957 si trasferì a Roma, dove l'anno dopo sposò lo scrittore Elémire Zolla, ma il rapporto tra i due coniugi si logorò velocemente e il matrimonio venne sciolto già nel 1960.
Al 1961 risale la morte del padre, in seguito alla quale la madre e la sorella si trasferirono a Roma.
Nel 1962 pubblicò Il gong, nel 1966 Utilità della memoria e nel 1970 L'occhio del ciclone, tutte presso Mondadori
Nell'aprile del 1971 morì la madre.
Nel 1979 Mondadori pubblicò un'ampia antologia della sua attività poetica.
Fra i riconoscimenti da lei ottenuti ci furono ben tre candidature al premio Nobel per la letteratura nel 1990, 1992 e 1997.
Nel 2006 pubblicò La luna è già alta e nel 2009 L'incrocio delle mediane. Montale e la Volpe (2011) è il titolo del volume di scritti autobiografici, in cui la poetessa raccontò il suo rapporto con Montale.
Morì a Roma il 30 giugno 2014.