Nació en la Ciudad de México el 14 de agosto de 1954. Estudió la licenciatura en Biología en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), donde obtuvo el grado de maestra en Ciencias es profesora de carrera desde 1987. Doctora en Biología y profesora de la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Su trabajo de investigación se ha centrado en diversos temas ambientales, en particular en la regeneración de selvas tropicales, conservación, manejo y restauración de ecosistemas tropicales, ecología y sistemas productivos, cuentas patrimoniales, cambio global, pobreza y medio ambiente, así como política ambiental.

Entre 1984 y 1994 fue coordinadora del Programa de Aprovechamiento Integral de Recursos Naturales en Áreas de Subsistencia (PAIR), programa interinstitucional dirigido a comunidades campesinas en extrema pobreza en cuatro regiones de México, cuyo objetivo fue la búsqueda de alternativas de uso de los recursos naturales que mejoraran las condiciones de vida de la población sin detrimento del medio ambiente.

Fue presidenta del Instituto Nacional de Ecología (1994); secretaria de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca (1994-2000) y miembro de la Comisión sobre los Países en Desarrollo y el Cambio Global, que produjo el reporte “For Earth’s Sake” para la Conferencia de Naciones Unidas de Medio Ambiente y Desarrollo, realizada en Brasil en 1992.

Presidió el Panel Técnico Científico del Fondo Mundial Ambiental (GEF) (2002-2006). Es miembro del Consejo Directivo de Natura y Ecosistemas Mexicanos, A.C., y de la Junta Directiva del Centro Interdisciplinario de Biodiversidad y Ambiente (Ceiba A.C.).

Formó parte del Panel Multidisciplinario de Expertos de la Plataforma Intergubernamental sobre Biodiversidad y Servicios Ecosistémicos (IPBES) de la ONU (2013-2016), fue integrante de la Evaluación Global Ambiental del mismo organismo (2017-2018) y miembro del Grupo Científico Asesor del documento “Hacer las Paces con la Naturaleza. Un Plan Científico para Abordar las Emergencias del Clima, la Biodiversidad y la Contaminación” del PNUMA (2019-2020).

Desde 2005 coordina el Programa de Conservación y Manejo de Ecosistemas Naturales en la Selva Lacandona, Chiapas.

Ha recibido numerosos reconocimientos, entre ellos, el Premio Getty 2000, otorgado por el World Wildlife Fund; el Premio Internacional Cosmos 2004, por sus logros en la defensa del medio ambiente; el Premio Campeones de la Tierra 2005, conferido por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA); el Premio Héroes de la Conservación 2006, por The Nature Conservancy; el reconocimiento Naturaleza, Territorio y Sociedad: Alexander von Humboldt 2011, por la Universidad de Guadalajara; el Premio Nacional de Comunicación José Pagés Llergo 2016 en la categoría de Medio Ambiente; la Medalla Belisario Domínguez 2017, otorgada por el Senado de la República, “por su distinguida contribución al cuidado del ambiente” y el XXIII Premio Ecología y Medio Ambiente 2017, por la Fundación Miguel Alemán.

Es doctora Honoris Causa por la Universidad Autónoma de Nuevo León (2013), por la UNAM (2019), la Universidad Autónoma de Tlaxcala (2021) y la Universidad de Guadalajara (2022).

María Julia Carabias Lillo ingresó a El Colegio Nacional el 27 de agosto de 2018. Su discurso “Sustentabilidad ambiental y bienestar social” fue contestado por José Sarukhán.