Madeleine Chapsal est la petite-fille de l'homme politique Fernand Chapsal et la fille de la couturière Marcelle Chaumont, première d'atelier de la Maison de couture Vionnet ; Madeleine est d'ailleurs la filleule de Madeleine Vionnet.
Les Servan-Schreiber se réfugient pendant la Seconde Guerre mondiale à Megève, alors en zone libre, où Jean-Jacques rencontre Madeleine alors qu'elle s'y remet d'une tuberculose.
Elle se marie avec Jean-Jacques Servan-Schreiber en 1947, participe à la création de L'Express avec lui et Françoise Giroud, puis divorce en 1960 ; elle est cependant toujours restée très proche de JJSS. Au début des années 1970, elle est renvoyée de L'Express par le rédacteur en chef.
Madeleine Chapsal participe également à l'écriture de documentaires, notamment en collaboration avec Frédéric Rossif.
Elle a été membre du jury du Prix Femina entre 1981 et 2006, avant d'en être exclue pour son jugement sur les grands prix littéraires, et spécialement sur l’attribution du prix Femina en 2005, paru dans son Journal d'hier et d’aujourd’hui. Elle y regrette que les jurys de prix littéraires récompensent des livres plus en fonction de l’éditeur ou d’amitiés avec l’auteur, que pour le contenu du livre, et spécialement à propos du jury Femina, qui privilégierait trop Gallimard. En 2008, elle a publié Apprendre à aimer (Fayard), un livre préfacé par Julia Kristeva.