Nació 18 de julio de 1937 en Curepto, Región del Maule. Fue hija de Heraclio Marín, campesino, y Adriana Millie, profesora primaria.

Casada con Jorge Muñoz Poutays, ingeniero en minas. Posteriormente, mantuvo una relación con Julio Ugas Pulgar, periodista. Fue madre de dos hijos: Álvaro y Rodrigo.

Sus estudios primarios los realizó en la Escuela Pública de Talagante y los secundarios en el Liceo N° 5 de Niñas de Santiago. Fue becada para ingresar a la Escuela Normal N° 2 en Santiago, donde egresó en 1957, con el título de profesora primaria con especialidad en Educación Diferencial.

Comenzó su vida laboral en la Escuela N° 130, que funcionaba en el interior del Hospital Psiquiátrico de la Avenida Santos Dumont, en Santiago.

En su juventud, formó parte de diversos movimientos juveniles cristianos. Más tarde, fue dirigenta de la Federación de Estudiantes Normalistas y en 1957, presidenta de dicha agrupación. Al año siguiente, pasó formalmente a ser miembro de las Juventudes Comunistas. En 1960, formó parte del Comité Central del Partido Comunista de Chile. También, fue dirigenta de los profesores y en representación de la Central Única de Trabajadores (CUT), participó en un encuentro femenino en Buenos Aires.

Durante las actividades que su partido realizaba en las poblaciones de Santiago, conoció al también militante Jorge Muñoz, con quien se casó el 1 de abril de 1961.

En 1965, fue elegida secretaria general de las Juventudes Comunistas (JJCC), cargo que ejerció hasta 1974. Ese mismo año, dejó la pedagogía para dedicarse por tiempo completo a la vida política y se presentó a las elecciones parlamentarias como candidata a diputada. Resultó electa por primera vez a los 28 años.

Tras el Golpe Militar de 1973, se transformó en una de las personas más buscadas por los aparatos represores de la dictadura, por lo que pasó a la clandestinidad. Para resguardar su integridad, el Partido Comunista le ordenó asilarse en la embajada de Holanda donde ingresó en noviembre de 1973. Permaneció en la sede diplomática por casi ocho meses, tiempo en el que mantuvo la comunicación con su marido -miembro de la Comisión Política del Partido Comunista- e hijos a través de mensajes que enviaba y recibía encubiertos en envases.

En julio de 1974, viajó como refugiada a Holanda y luego a Moscú, donde se encontraba la dirección de su partido. Más tarde, en 1976, viajó a Costa Rica, donde fue recibida por la Asamblea del Parlamento en pleno. En dicho país, se enteró de la detención de su marido por parte de integrantes de la Dirección de Inteligencia Nacional (DINA). Nunca más se supo de su paradero, pasando a ser uno más de los detenidos desaparecidos del régimen militar.

Durante sus años en el exilio, se convirtió en una activa luchadora por la restauración de la democracia y la no violación de los derechos humanos. En diversas oportunidades solicitó a la dirección de su partido el regreso a Chile. Recién a inicios de 1977 se organizó la denominada “operación retorno”, para la que se solicitó ayuda al Partido Comunista de Argentina.

A comienzos de 1978, ingresó clandestinamente a Chile utilizando identidades falsas, siendo la primera integrante de la dirección comunista en entrar al país. Una vez en el territorio nacional, inició la reorganización de la dirección de la colectividad y la puesta en práctica de la denominada “Rebelión popular de masas”, línea estratégica asumida oficialmente por el Partido Comunista en 1980.

Sin embargo, la dirección comunista en el exilio no aceptó todos sus planteamientos, por lo que debió salir del país en dos oportunidades para discutir los lineamientos. En 1984, asumió como subsecretaria del partido. En 1987, logró reencontrarse con sus hijos quienes en su ausencia permanecieron en Chile.

En 1993, para las elecciones parlamentarias del 11 de diciembre de ese año, postuló a la Cámara de Diputados por el Distrito N° 28, que comprendía las comunas de Cerro Navia, Lo Prado y Quinta Normal, Región Metropolitana de Santiago, en representación del Partido Comunista de Chile, dentro del Pacto "Alternativa Democrática de Izquierda", no resultando electa.

Al año siguiente, en 1994, fue electa secretaria general del Partido Comunista, siendo la primera mujer en el mundo en tener este cargo. Desde allí comandó la ofensiva en tribunales para esclarecer los abusos cometidos en dictadura. El 12 de enero de 1998, interpuso la primera querella en contra de Augusto Pinochet, por la desaparición de su marido, Jorge Muñoz.

En las elecciones parlamentarias de 1997, se presentó a las elecciones parlamentarias como candidata a senadora por la circunscripción VII Santiago Poniente, pero no resultó electa.

Fue candidata presidencial en las elecciones de 1999, obteniendo 225.224 votos, equivalentes al 3,19%. En 2002, se convirtió en la primera Presidenta del Partido Comunista de Chile.

En 2003 comenzó con sus problemas de salud, por lo que viajó el 1 de octubre a Estocolmo (Suecia) para ser intervenida en la Clínica Karolinska. Posteriormente, alternaba sus viajes entre Chile y Cuba, país donde realizaba su tratamiento.

Murió el 6 de marzo de 2005 en Santiago. El gobierno de Chile declaró Duelo Oficial y a su multitudinaria despedida, se sumaron políticos de todas las tendencias junto al entonces presidente Ricardo Lagos.

Fue condecorada con la Medalla "Centenario de Lenin" en la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS). Recibió la Medalla Augusto César Sandino dada por el Movimiento Sandinista y la Medalla Luis Emilio Recabarren, otorgada por el Partido Comunista de Chile.

El 12 de marzo de 2004, fue condecorada por el Presidente cubano Fidel Castro con la orden José Martí, la más alta distinción que concede el Estado cubano a personalidades extranjeras destacadas.

La Ley N° 20.852, publicada el 24 de julio de 2015, autorizó a erigir un monumento en su memoria.