Mario Adorf kam am 8. September 1930 in Zürich zur Welt. Als uneheliches Kind verbrachte er einen Teil seiner Kindheit in einem katholischen Kinderheim. 1950 begann er im Alter von 20 Jahren in Mainz unter anderem Literatur, Musikgeschichte und Theaterwissenschaften zu studieren. Während er sein Studium in Zürich fortsetzte, arbeitete er am Schauspielhaus als Regieassistent und Statist. Wenig später brach er sein Studium zugunsten einer Schauspielkarriere ab und war mehrere Jahre als Schauspieler bei den Münchner Kammerspielen aktiv.
Zum Durchbruch verhalf ihm die Rolle des Psychopathen Bruno Lüdke im Film „Nachts, wenn der Teufel kam“. Diese wurde von den Kritikern derart positiv aufgenommen, dass Adorf den Bundesfilmpreis als bester Nachwuchsschauspieler erhielt und den Preis der deutschen Filmkritik gewann. Bis heute ist Adorf zudem für seinen Auftritt als Santer im ersten Teil der Winnetou-Verfilmungen bekannt. Lange Zeit blieb er auf Rollen des typischen Schurken festgelegt. Im Jahr 1992 erhielt er seine erste Goldene Kamera für künstlerische Gesamtleistung, der noch weitere folgen sollten. 20 Jahre später, im Jahr 2012, wurde Adorf schließlich für sein Lebenswerk geehrt.
Neben seinen Auftritten auf der Leinwand war Mario Adorf ab den 1970er-Jahren immer häufiger im Fernsehen zu sehen. Selbst im hohen Alter ist Adorf weiterhin in kleineren Rollen zu sehen.
Er ist seit 1985 in zweiter Ehe mit Monique Faye verheiratet. Aus seiner ersten Ehe mit Lis Van Essen ging seine Tochter Stella hervor, die ebenfalls als Schauspielerin aktiv ist. In den vergangenen Jahren äußerte sich Mario Adorf immer wieder politisch. Sozial engagiert er sich unter anderem für die Entstigmatisierung von hörgeschädigten Personen.