温庭筠曾专程寻访过鱼玄机。这时鱼父业已谢世，鱼家母女只能靠给平康里附近青楼娼家作些针线和浆洗的活儿来勉强维持生活。温庭筠以“江边柳”为题请不满十三岁的鱼玄机即兴赋诗一首，鱼玄机略作沉思后，便写下了“翠色连荒岸，烟姿入远楼；影铺春水面，花落钓人头。根老藏鱼窟，枝底系客舟；萧萧风雨夜，惊梦复添愁”诗句。

不久，温庭筠离开长安，到襄阳做刺史徐简的幕僚去了。鱼玄机写下一首五言律诗《遥寄飞卿》为之送行：“阶砌乱蛩鸣，庭柯烟雾清；月中邻乐响，楼上远日明。枕簟凉风著，谣琴寄恨生；稽君懒书礼，底物慰秋情？”后来又写出一首名曰《冬夜寄温飞卿》的诗：“苦思搜诗灯下吟，不眠长夜怕寒衾；满庭木叶愁风起，透幌纱窗惜月沈。疏散未闻终随愿，盛衰空见本来心；幽栖莫定梧桐树，暮雀啾啾空绕林”，以示怀念。

两年后温庭筠回到长安。一天，师生二人相偕游览崇贞观，正遇一群新科进土争相在观壁上题诗留名，鱼玄机恨自己生为女儿，空有满腹才情，却无法与须眉男子一争长短，于是挥笔留下了这首无可奈何，却气概喷薄的诗：“云峰满月放春睛，历历银钩指下生；自恨罗衣掩诗句，举头空羡榜中名。”

而此时，任左补阙官职的贵公子李亿初到长安也恰在此一游，心中大为仰慕。于是便请温庭筠从中撮合，不久便结识了鱼玄机，并做了李的偏房。但李的原配裴氏却对鱼玄机百般挑剔，李亿只得写下一纸休书，将她扫地出门。这桩婚姻仅仅维持了三个月。李亿表面上与之一刀两断，暗地里却派人在曲江一带找到一处避静的道观——咸宜观，出资予以修葺，又捐出了一笔数目可观的香油钱，然后把她悄悄送进观中，由此便取了“玄机”的道号。鱼玄机在云房中思念着昔日的丈夫，写下了一首著名的思念诗《寄子安》：“醉别千扈不浣愁，离肠百结解无由；蕙兰销歇归在圃，杨柳东西伴客舟。聚散已悲云不定，思情须学水长流；有花时节知难遇，来肯恹恹醉玉楼。”虽朝思暮想，却了无音讯，只有把痴情寄付诗中，于是她又写了一首《寄李子安》的诗：“饮冰食药老无功，晋水壶关在梦中；秦镜欲分愁坠鹊，舜琴得弄怨飞鸣。井边桐叶鸣秋雨，窗下银灯暗晓风；书信茫茫何处向，持竿尽日碧江空。”诗成后，无法捎寄，只有把诗笺抛入曲江，任凭幽情随水空流。

当她听说李郎早已携妻远赴扬州上任时，觉得被人抛弃了，为此痛不欲生，秉烛写下了一首传诵千古的《赠邻女》诗：“羞日遮罗袖，愁春懒起妆；易求无价宝，难得有情郎。枕上潜垂泪，花间暗断肠；自能窥宋玉，何必恨王昌。”她也由此一改过去洁身自爱的态度，看破红尘，索性放纵起来。从她的一首《道怀诗》中，也能体现出其此时的生活景况：“闲散身无事，风光且乐游；断云江上月，解缆海中舟。琴弄萧梁专，诗吟庚亮楼；丛篁堪作伴，片石好为筹。燕雀徒为贵，金银志不求；满怀春绿酒，对月夜琴幽。绕砌皆清趣，抽簪映细流；卧床书删遍，半醉起梳头。”

在众多交往者中，鱼玄机对乐师陈韪有了一段异乎寻常的往来。有诗为证：“恨寄朱弦上，含情意不任；早知云雨会，未起蕙兰心。灼灼桃兼李，无妨国士寻；苍苍松与桂，仍羡士人钦。月色庭阶净，歌声竹院深；门前红叶地，不扫待知音。”

一次，鱼玄机怀疑其贴身侍婢绿翘与情夫陈韪有染，竟将其笞杀后埋于后院的紫藤花下。某夜，有人发现苍蝇聚于花下浮土，暗召官衙勘查，事情因而败露。鱼玄机被带到公堂，审问她的竟是旧日追求她而遭拒绝的裴澄。终因罪行恶劣，被处以斩刑。这年她二十六岁。

《全唐诗》收有她的四十八首诗。她的故事不见正史，只是在《北梦琐言》、《唐才子传》里零零散散记有她的一点蛛丝马迹。