父亲是测量仪器制造商，米切尔年轻时当过父亲助手，从事仪器试测工作。1836年任楠塔基特岛图书馆管理员。利用业余时间研究天文学。1865年成为瓦萨学院第一位女天文学教授，在那里任教23年之久。1848年被选为美国艺术与科学院院士，是该院第一位女院士。还是美国科学促进会、美国哲学会等的会员。1882年和1887年先后获汉诺威大学和哥伦比亚大学博士学位。丹麦国王曾授予她金质奖章。

米切尔在教学之余，长期从事星历表和航海天文历编制方面的计算工作。重要贡献是1847年发现一颗新彗星，成为世界第一位发现新彗星的女科学家。发表过关于木星和土星的重要论文。

米切尔由于发现新彗星，受到美国人民的爱戴。在她死后，人们为了怀念她，把其塑像陈列在美国名人纪念馆。