До 1918 года посещала среднюю школу в Берлине. Параллельно училась игре на скрипке у профессора Дессау. В 1919—1921 годах занималась музыкой в Веймаре у профессора Роберта Райца; в Берлине поступила в актёрскую школу Макса Рейнхардта.
Настоящее имя — Мария Магдалена Дитрих (Maria Magdalena Dietrich).
Марлен Дитрих была бисексуалкой.
13 декабря 1924 года у Марлен и Рудольфа Зибера родилась дочь — Мария Элизабет Зибер.
24 июля 2008 года на доме по адресу Леберштрассе 65, в котором родилась Марлен Дитрих, была установлена официальная мемориальная доска.