Le , elle épouse le résistant communiste Jean Rebérioux, plus tard cofondateur du MRAP, avec lequel elle a quatre enfants, dont Vincent Rebérioux, vice-président de la Ligue des droits de l'homme.
De 1962 à 1969, elle est assistante, puis maître-assistante à la Sorbonne, ensuite elle est nommée professeure à l'université de Vincennes, qu'elle a contribué à créer. C'est à Vincennes qu'elle crée avec Madame de Gaudemar la première formation des documentalistes pour les centres de documentation et d’information des établissements secondaires (CDI).
En 1957, elle anime le Comité de défense des libertés contre la guerre d'Algérie. En 1958, elle rejoint le comité Maurice Audin, créé l'année précédente. En , elle devient membre du comité de rédaction de Vérité-Liberté, créé pour contourner la censure d’État sur la guerre d'Algérie. Son engagement anticolonialiste se poursuit en tant que membre active du comité pour la défense des libertés en Algérie. Elle signe en 1960 le Manifeste des 121, titré « Déclaration sur le droit à l’insoumission dans la guerre d’Algérie », pétition signée par des intellectuels de l'époque, et proteste contre les ratonnades du 17 octobre 1961.
Elle rejoint en 1964 la Ligue des droits de l'homme, dont elle est présidente, première femme à occuper cette fonction, de 1991 à 1995[3]. Lors du congrès d'Aubervilliers en 1993, elle met la « citoyenneté sociale » au cœur des débats. Cette année-là, elle préside la conférence de presse du lancement d'Agir ensemble contre le chômage (AC!). Bien après son mandat de présidente, elle reste une très active militante de la Ligue et sa présidente d'honneur[7].
En 1990, elle écrit une tribune dénonçant l'inutilité, selon elle, de la loi Gayssot. Elle s'appuie sur le fait qu'avant la loi Gayssot, le négationniste Robert Faurisson avait déjà été condamné par la justice française. Pour elle, le parlement ne doit pas officialiser l'histoire pour permettre aux juges de faire la part de la vérité et du mensonge et de dire le droit[9],[10].
Apport à l'histoire de la France contemporaine
La spécialiste de Jaurès
Madeleine Rebérioux est spécialiste du socialisme français de la fin du XIXe siècle et notamment de l'œuvre de Jean Jaurès. Elle préside la Société d'études jaurésienne de 1982 à sa mort et dirige de très nombreuses publications concernant Jaurès et la période 1870-1914.
Parcours engagés dans la France contemporaine, Belin, 1999 (recueil de ses articles d'histoire).
Vive la République ! Histoire, droits et combats de 1789 à la guerre d'Algérie, Démopolis, 2009 (recueil d'articles).
Jean-Claude Perrot, Michelle Perrot, Madeleine Rebérioux, Jean Maitron, La Sorbonne par elle-même, envoyé par Sophie Cœuré, Paris, Editions de la Sorbonne, coll. «Tirés à part, 2018.
Les papiers personnels de Madeleine Rebérioux sont conservés aux Archives nationales, site de Pierrefitte-sur-Seine, sous la cote 647AP : Inventaire du fonds. Les archives liées aux études jaurésiennes et à l'histoire du mouvement socialiste sont conservées par le musée de l'Histoire vivante à Montreuil-sous-Bois. Il existe aussi un fonds d'archives universitaires à l'ENS.