Figlia di Guglielmo IX marchese del Monferrato e di Anna di Alençon, Margherita nacque a Pontestura l'11 agosto 1510.
Orfana di padre dal 1518, fu allevata dalla madre insieme ai fratelli Bonifacio e Maria. Quest'ultima aveva sposato nel 1517, all'età di otto anni, Federico II Gonzaga con l'intesa che il matrimonio sarebbe stato consumato dopo il sedicesimo compleanno della sposa. Giunto a questa scadenza, tuttavia, Federico aveva cambiato i suoi progetti e riuscì ad annullare il matrimonio. Quando nel 1530 morirono sia Maria sia Bonifacio, Margherita rimase l'unica figlia vivente del defunto Guglielmo IX e Federico chiese la sua mano.
Margherita e Federico si sposarono nel 1531 ed ebbero sette figli (Francesco, Eleonora, Anna, Isabella, Guglielmo, Ludovico e Federico). Nel frattempo il Monferrato era andato a Giovanni Giorgio fratello di Guglielmo IX il quale assunse il titolo di marchese nel 1530 e, non avendo figli legittimi e sapendo di avere una breve aspettativa di vita a causa di una malattia incurabile, nominò sua erede Margherita.
Giovanni Giorgio morì il 30 aprile 1533 e il Monferrato, ereditato da Margherita, entrò a far parte del dominio dei Gonzaga.
Federico II morì di sifilide nel 1540 lasciando i suoi titoli al primogenito Francesco sotto la tutela della madre e di Ercole e Ferrante Gonzaga. Francesco morì a sua volta nel 1550 di polmonite e Margherita proseguì nella reggenza per il figlio Guglielmo fino al 1556.
I Francesi avevano occupato il Monferrato nel 1555 e Guglielmo lo riottenne nel 1559 con la pace di Cateau-Cambresis ma progettò di cederlo agli Spagnoli in cambio della città di Cremona. L'iniziativa suscitò tensione nella popolazione monferrina e venne abbandonata, inoltre il governo del Monferrato fu delegato a Margherita che si stabilì a Casale e vi morì il 28 dicembre 1566.
La sua salma fu riportata a Mantova per essere sepolta nella Chiesa di Santa Paolo. Con la sua morte si estinse il ramo monferrino dei Paleologo.