
Mayer lahir di Wausau, Wisconsin, sebagai putri dari Margaret Mayer, seorang guru seni keturunan Finlandia, dan Michael Mayer, seorang insinyur. Setelah lulus dari Wausau West High School tahun 1993, Mayer ditujuk oleh gubernur Wisconsin Tommy Thompson sebagai satu dari dua delegasi negara bagian tersebut untuk National Youth Science Camp di West Virginia. Mayer lulus dengan dengan pujian dari Universitas Stanford menyandang B.S. dalam sistem simbolik dan M.S. dalam ilmu komputer. Kedua gelar tersebut diperolehnya dengan mengambil spesialisasi dalam kecerdasan buatan. Pada tahun 2009, Illinois Institute of Technology memberikan Mayer gelar kehormatan honoris causa atas sumbangsihnya dalam dunia pencarian.

Sebelum bergabung dengan Google, Mayer bekerja di laboratorium penelitian UBS (Ubilab) di Zurich, Swiss, dan SRI International di Menlo Park, California. Pada tanggal 16 Juli 2012, Mayer ditunjuk sebagai Presiden dan CEO Yahoo!, efektif pada hari selanjutnya. Ia juga menjadi anggota dewan direktur perusahaan tersebut. Mayer adalah anggota dewan direktur Walmart dan badan nirlaba Cooper–Hewitt, National Design Museum, New York City Ballet, San Francisco Ballet dan San Francisco Museum of Modern Art. Mayer masuk dalam daftar tahunan 50 Wanita Pebisnis Terkuat versi majalah Fortune tahun 2008, 2009, 2010 dan 2011. Ia menempati peringkat 50, 44, 42, dan 38, secara berturut-turut. Tahun 2008, pada usia 33 tahun, ia menjadi wanita termuda yang masuk daftar tersebut. Mayer adalah "Wanita Terbaik Tahun Ini" versi Glamour Magazine tahun 2009.