Monika Mann-Lányi war die Tochter von Katia und Thomas Mann. Sie absolvierte in Lausanne eine Ausbildung zur Pianistin und studierte Musik und Kunstgeschichte in Florenz. 1933 emigrierte sie mit ihrer Familie über Frankreich in die Schweiz. 1934 absolvierte sie in Florenz ein privates Klavierstudium bei dem Komponisten Luigi Dallapiccola. Dort lernte sie ihren späteren Ehemann kennen, den ungarisch-jüdischen Kunsthistoriker Jenö Lányi (1902–1940).

1938 verließ das Paar Italien Richtung London, wo es im März 1939 heiratete. Nach Bombenangriffen der Wehrmacht auf London entschlossen die Lányis sich zur Emigration. Bei der Überfahrt von Liverpool nach Kanada im September 1940 mit dem britischen Schiff City of Benares wurde dieses von einem deutschen Unterseeboot torpediert und sank. Ihr Mann ertrank, während Monika Mann das Unglück überlebte. Sie verbrachte die nächsten Jahre in den Vereinigten Staaten bei ihrer Familie und zog 1942 dann allein nach New York City. Von 1944 bis 1945 hatte sie mit Unterbrechungen eine gemeinsame Wohnung mit Kadidja Wedekind. 1947 begann sie, ihr Schreiben zu professionalisieren, zum Unmut Thomas Manns, der nicht an ihre schriftstellerische Begabung glaubte. 1948 erlitt Monika Mann eine psychische Krise und wurde von ihrer Schwägerin Gret Moser auf Veranlassung der Eltern in den Ananda Ashram bei Los Angeles gebracht, wo sie aber nur wenige Tage lebte, bis sie bei Freunden Zuflucht fand.

Monika Mann erhielt im Juni 1952 die amerikanische Staatsbürgerschaft, kehrte aber im September nach Europa zurück und wohnte nach einem mehrmonatigen Aufenthalt in Bordighera in Rom. Sie schrieb 1955 die Autobiografie Vergangenes und Gegenwärtiges, in der sie sich dann tatsächlich insbesondere über Thomas Mann kritisch äußerte. Das Buch wurde 1956 zeitgleich mit Erika Manns Das letzte Jahr. Bericht über meinen Vater veröffentlicht. Beide Bücher wurden in der Oktoberausgabe der Zeitschrift Merkur positiv besprochen.
Monika Mann lebte ab Ende 1954 auf Capri in Italien viele Jahre mit dem Fischer Antonio Spadaro zusammen, dem sie auch ihr Buch widmete.

Neben Vergangenes und Gegenwärtiges schrieb sie einige weitere Bücher, ansonsten verfasste sie überwiegend gedichtähnliche Kurztexte. 1958 nahm sie wieder die deutsche Staatsangehörigkeit an. Im Jahr 1986, nach dem Tod ihres Partners, musste sie sein Haus, die Villa Monacone, verlassen. Sie hatte bereits früher angekündigt, in diesem Fall ins ehemalige Kilchberger Elternhaus zu ihrem Bruder Golo Mann zu ziehen, und hatte sich daher auch stets geweigert, ihm ihren Besitzanteil an dem Haus zu verkaufen. Golo hatte sich immer vor dem Einzug seiner Schwester gefürchtet und das Zusammenleben der psychisch eher labilen Geschwister funktionierte in der Tat nicht, so dass Monika nach Zürich übersiedelte. Ende der 1980er Jahre wurde sie im Haus von Ingrid Beck-Mann, der Witwe des Adoptivsohns von Golo Mann, Hans Beck-Mann, in Leverkusen aufgenommen, wo sie auch starb. Monika Mann wurde im Familiengrab in Kilchberg beigesetzt.