Nasce a Los Angeles, il 18 agosto 1958, e cresce a Eagle Rock, quartiere nord-est della metropoli californiana, prima di tre fratelli (Diane e Robert Jr.), figlia di Robert Stowe, un ingegnere civile statunitense originario dell'Oregon[1], e di Mireya Mora Steinvorth, rampolla di una delle più importanti famiglie della Costa Rica, con ascendenze spagnole e tedesche.
All'età di 10 anni inizia lo studio del pianoforte, abbandonato qualche anno più tardi, alla morte del suo insegnante russo. Inizia quindi a frequentare cinema e giornalismo alla University of Southern California. Scoperta da un agente dello spettacolo durante la rappresentazione di una commedia al teatro Solarys di Beverly Hills, comincia così con le sue prime apparizioni televisive e cinematografiche.
L'anno successivo viene diretta da Robert Altman nel film America oggi (1993), dove offre una delle sue migliori interpretazioni, nel ruolo di moglie di un poliziotto psicopatico (Tim Robbins), e nel 1994 è una musicista non vedente nel thriller Occhi nelle tenebre. Dello stesso anno la sua partecipazione al western al femminile Bad Girls. Ancora protagonista, nel 1995, al fianco di Bruce Willis, nel capolavoro distopico di Terry GilliamL'esercito delle 12 scimmie dove interpreta la giovane psichiatra Kathryn Railly.
Negli anni seguenti alterna altre partecipazioni a film di pregio e lavori per la televisione a periodi di allontanamento dalla scena, in cui preferisce dedicarsi a tempo pieno alla famiglia.
Nel 2011 ritorna attivamente nel panorama televisivo americano, entrando a far parte del cast della serie TV della ABCRevenge, liberamente ispirata al romanzo Il conte di Montecristo di Dumas, ricoprendo il ruolo di Victoria Grayson, una donna molto potente negli Hamptons, coinvolta nella storia della protagonista, interpretata da Emily VanCamp.
Per questo ruolo ha ricevuto la nomination per il Golden Globe Award 2012 come migliore attrice in una serie televisiva drammatica[2].
Vita privata
Madeleine Stowe, dopo essere stata la compagna di Tony Scott, che la diresse in Revenge, è sposata dal 1982 con l'attore Brian Benben da cui ha avuto la figlia May Theodora (nata nel 1996).