他在墨西哥城和瑞典完成了基礎(chǔ)學(xué)業(yè)，于1965年在墨西哥國立自治大學(xué)獲得化工專業(yè)的學(xué)士學(xué)位，于1967年在西德弗萊堡大學(xué)獲得碩士學(xué)位，于1972年在加州大學(xué)伯克利分校獲得化學(xué)專業(yè)的博士。

當(dāng)他于1974年在加州大學(xué)爾灣分校做博士后時，他與羅蘭合寫了一篇論文，發(fā)表在《自然》雜志上。該論文強(qiáng)調(diào)了氯氟碳化合物對平流層臭氧層的威脅。當(dāng)時，CFCs被廣泛用作制冷劑和噴霧劑。科學(xué)界起初的冷淡促使他倆于1974年9月在大西洋城召開的美國化學(xué)協(xié)會的一次會議期間舉行了一個新聞發(fā)布會。在發(fā)布會上，他們號召全面禁止繼續(xù)排放CFCs到大氣中。許多科學(xué)家和生產(chǎn)廠商都懷疑他們的說法，因而一直無法達(dá)成共識以開始行動。直到1976年美國國家科學(xué)院出版了一個有關(guān)這個問題的評論報告，行動才得以開始。此后削減來自于冰箱和噴霧氣罐的CFCs的行動擴(kuò)展到全球，他倆也因此獲得了諾貝爾化學(xué)獎。

在1974～2004年期間，他在加州大學(xué)爾灣分校、加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗室、麻省理工學(xué)院等地做過研究工作和指導(dǎo)過研究生。他還擔(dān)任過麻省理工學(xué)院化學(xué)系和地球大氣行星科學(xué)系的聯(lián)合教授。莫利納于2004年7月1日加入加州大學(xué)圣地亞哥分校的化學(xué)和生物化學(xué)系（Department of Chemistry and Biochemistry），以及斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的大氣科學(xué)中心。

莫利納是宗座科學(xué)院院士、美國國家科學(xué)院院士、美國國家醫(yī)學(xué)研究院院士和墨西哥科學(xué)院院士。他是多個環(huán)境組織的委員會成員，以及許多科學(xué)委員會的成員，比如美國總統(tǒng)科技顧問委員會，公共政策委員會、麥克阿瑟基金會的全球安全和可持續(xù)發(fā)展委員會和馬里奧·莫利納中心。他也已經(jīng)收到超過18個榮譽(yù)學(xué)位。

一顆小行星（9680 Molina）也以他的名字命名。

泰勒環(huán)境成就獎（1983）

NASA杰出科學(xué)成就獎?(1989)

諾貝爾化學(xué)獎（1995）

聯(lián)合國環(huán)境署笹川環(huán)境獎（1999）

莫利納的父親，羅柏托·莫利納·帕斯奎爾（Roberto Molina Pasquel），是一位律師和外交官，曾任墨西哥駐埃塞俄比亞、澳大利亞、菲律賓等地的大使。莫利納的母親是萊昂諾爾·恩里克斯·德·莫利納（Henríquez de Molina）。

馬里奧·莫利納與路易薩·譚·莫利納（Luisa Tan Molina）離婚后，于2006年2月與第二任妻子，瓜達(dá)盧佩·阿爾瓦雷斯（Guadalupe álvarez），成婚。他的唯一的兒子是一位在波士頓工作的物理學(xué)家。

當(dāng)?shù)貢r間2020年10月7日，莫利納因心肌梗塞逝世，終年77歲。