Люси Мэдокс Браун была дочерью художника-прерафаэлита Форда Мэдокса Брауна (англ. Ford Madox Brown, 1821—1893) и его первой жены и кузины Элизабет Бромли (англ. Elisabeth Bromley, 1818/19-1846).Родилась в Париже в 1843 году.
В 1844 году родители вернулись в Великобританию. Её мать умерла от туберкулёза всего три года спустя в 1846 году, а Люси Мэдокс была отправлена жить к своей тете Хелен Бромли в Грейвсенд, графство Кент. Получала образование в школе Milton Lodge. Только в двенадцать лет она переехала к отцу и стала жить с ним, мачехой (Эммой Хилл) и их детьми.
С 1856 года семья Россетти курировала её образование в Лондоне. Её сводная сестра Кэтрин Мэдокс Браун описывала девушку как «странную смесь буйного нрава и сильного разума» .
Она увлекалась музыкой и театром, свободно говорила по-французски, по-немецки и итальянски.
В сентябре 1856 года у Форда Мэдокса Брауна и Эммы Хилл родился сын Артур.
Он прожил только год и умер. После его смерти Эмма Хилл стала злоупотреблять алкоголем, это вносило раздор в семью.Долгое время Люси Мэдокс Браун не выказывала особую склонность к искусству, но в 1868 году отказ одного из учеников отца выполнить предназначенную для него часть работы вынудил её закончить его задание. Успешное выполнение работы побудило отца приступить к систематическим занятиям живописью с дочерью.
К этому времени относятся её первые самостоятельные работы. Вместе со своей сводной сестрой Кэтрин стала также работать ассистентом при их отце.Первая её персональная выставка прошла в 1869 году. Работая в основном акварелью, она выставлялась в Dudley Museum and Art Gallery с 1869 по 1872 годы. Акварель «После бала» , выставленная в галерее Dudley Museum and Art Gallery в 1870 году, впервые привлекла к художнице внимание критики. Её картина «Дуэт» , которая была выставлена в Королевской Академии в 1870 году, была названа Данте Габриэлем Россетти «совершенной картиной» .
В 1871 году Люси Мэдокс Браун изобразила своего будущего мужа в образе волшебника Просперо на картине «Фердинанд и Миранда играют в шахматы» , где в аллегорической форме изображены члены семейства Браунов (отец, сводные брат и сестра) и сложные отношения, существовавшие между ними.Джулия Маргарет Камерон. Уильям Майкл РоссеттиЛюси Мэдокс Браун отправилась в путешествие по Европе с Уильямом и Джейн Моррисами в 1869 году. Ещё одно путешествие закончилось заключением брака — она побывала в Италии с Уильямом Майклом Россетти (1829—1919), братом знаменитого художника и поэта, в 1873 году. Россетти сделал ей предложение в Базеле по дороге домой; они поженились 31 марта 1874 года и вернулись в Италию на медовый месяц.Художница родила пятерых детей. Первый ребёнок, Оливия Фрэнсис Мэдокс, родилась в сентябре 1875 года, второй сын, Габриэль Артур, родился в феврале 1877 года, дочь Хелен Мария — в ноябре 1879 года, близнецы (Мэри Элизабет и Майкл Форд) — в апреле 1881. Майкл Форд умер в младенчестве. Воспитание детей матерью вызывало неоднозначные отзывы окружающих. Супруги заключили брак в ЗАГСе, а не в церкви, не крестили никого из своих детей. Существовала четырнадцатилетняя разница в возрасте между супругами, но у них было много общего: они оба были агностиками, интересовались искусством, были сторонниками либеральной политики. Они провели медовый месяц во Франции и Неаполе в апреле 1874. Супруги попытались жить с семьей Уильяма, но из-за религиозных разногласий с Кристиной Джорджиной Россетти и её матерью вынуждены были уехать в Блумсбери в конце 1876 года.Люси Мэдокс Браун забросила с 1874 года живопись, но сохранила интерес к политической и общественной жизни: подписала петицию Национального общества за предоставление избирательных прав женщинам, написала биографию своего отца и статью о его творчестве.
Она написала также биографию Мэри Уолстонкрафт Годвин, миссис Шелли (считала её своим альтер эго), для серии «Известные женщины» Джона Ингрэма, которая была опубликована в 1890 году.
С 1855 года она страдала от туберкулёза, а с 1887 года регулярно ездила на французскую Ривьеру, в Пиренеи или в Италию на зиму. Из-за её болезни в конце 1892 года ухудшились отношения с мужем.
Она умерла 12 апреля 1894 году в отеле Виктория в Сан-Ремо, Италия, в присутствии мужа и дочери Оливии, была похоронена на La Foce Cemetery. Люси оставила принадлежавшее ей имущество своим детям, чтобы защитить их интересы в случае повторной женитьбы мужа.