Desde pequeña tuvo formación teatral, Mai Zetterling asistió al Teatro Infantil de Estocolmo y continuó sus estudios en Dramaten, la Escuela de Alumnos de Teatro Real de Estocolmo. Formó parte del elenco hasta 1947 interpretando obras de Lorca, Chejov, Sartre, entre otros. Su debut en el cine fue con Lasse Maja (Gunnar Olson, 1941). Poco a poco se fue haciendo un hueco en la actuación trabajando también en Reino Unido y Estados Unidos. Uno de los papeles más fundamentales de su carrera fue en Noche eterna (1947) dirigida por Ingmar Bergman. Precisamente la filmografía como directora de cine de Mai Zetterling junto a la de Bergman son referencias esenciales para comprender la evolución de la cinematografía sueca y europea. A partir de los años sesenta, se fija en la realización siendo sus primeras obras documentales para la BBC como The Polite Invasion (1960) y Little Lords of Egypt (1961). En esos años también se acerca a la ficción con The War Game (1961) con el que ganó el premio a Mejor cortometraje en el Festival Internacional de Cine de Venezia. Se estrena en el largometraje con Los enamorados (1964), con el que fue seleccionada para la Palma de Oro del Festival de Cannes. Adapta en este film diversas novelas de la escritora sueca Agnes von Krusenstjerna, conocida por desafiar la moralidad imperante de principios del siglo XX. La visión feminista de Mai Zetterling será un punto de partida sobre el que elaborará toda su filmografía posterior. El éxito de Los enamorados, le hace continuar en la dirección. En 1966 realiza Juegos de noche, también una adaptación literaria de la novela del mismo nombre que ella había escrito. 

Volvió a ser seleccionada para competir por la Palma de Oro con Doctor Glass (1968). Sin embargo, ese año el festival de Cannes fue cancelado por las manifestaciones de mayo del ’68 de Francia. En 1969 dirige Las chicas, considerada una de las obras maestras del cine europeo. En esta versión cinematográfica de Lisístrata (Aristófanes, 411 a.C.) juega con la propia adaptación de la obra por un grupo de teatro junto a las reflexiones de las actrices que forman parte de la interpretación teatral. De esta forma, se van difuminando los límites entre la ficción teatral y la realidad de las actrices dando lugar a una reflexión sobre el patriarcado y los actos machistas de los hombres desde la creación de las guerras hasta su posicionamiento en silenciar a las mujeres que buscan respuestas a su propio ser en el mundo. Cinematográficamente hablando, se acoge a las nuevas olas europeas surgidas al calor de la Nouvelle Vague francesa. Contiene planos imposibles y dinámicas estructurales novedosas. En los años setenta, vuelve a trabajar en diversos documentales: Vincent the Dutchman (1972), un documental sobre Van Gogh para la BBC, Visions of Eight (1977) centrado en los juegos olímpicos de Munich, Stockholm (1977), Of Seals and Men (1979) y Lady Policeman (1979). En 1983 vuelve al largometraje con Scrubbers, evoca un estilo de no ficción fijándose en la vida de unas jóvenes que están en prisión. En los ochenta también participa en las series de televisión dirigiendo capítulos de El autoestopista (1985- 1987) y Guillermo Tell (1989). Su último largometrajes es Sunday Pursuit (1990), una película para televisión.

Filmografía

1961 Lords of Little Egypt
1963 El juego de la guerra
1964 Los enamorados
1966 Juegos de noche
1968 Docktor Glas
1968 Las chicas
1972 Omnibus (serie tv)

1973 Visions of Eight
1976 Vi har manga namm
1977 Manen är en grön ost
1982 Scrubbers
1982 Love
1985 El autoestopista (serie tv)