Родилась в семье известных актеров Андрея Миронова и Екатерины Градовой. В детстве Мария дебютировала в кино в фильме режиссера Станислава Говорухина "Приключения Тома Сойера и Гекльберри Финна", где сыграла роль Бекки Тэтчер.
После окончания средней школы поступила в Высшее театральное училище им. Б.В. Щукина. В 1993 году, после рождения сына Андрея, перевелась во ВГИК на курс Михаила Андреевича Глузского.
По окончании ВГИКа в 1996 г. получила приглашение играть в театре "Школа современной пьесы", но выбрала театр "Ленком", там и работает с 1997 года.
Дебютировала в спектаклях "Безумный день, или Женитьба Фигаро", "Две женщины", "Город миллионеров", "Варвар и еретик", "Укрощение укротителя", "Визит дамы", "Тартюф". Сыграла роли в спектаклях режиссера Андрея Жолдака "Чайка", "Федра", "Кармен".
Успешно работает в кинематографе. Фильм Павла Лунгина "Свадьба", в котором Мария исполнила главную женскую роль, участвовал в конкурсной программе Каннского кинофестиваля.
В 2006 г. была удостоена звания "Заслуженная артистка России". Лауреат ряда престижных театральных и кинопремий.
Поддерживает культурно-общественные и благотворительные проекты. С 2008 г. она - соучредитель и президент Фонда поддержки деятелей искусства "Артист" и входит в состав арт-дирекции фестиваля "Территория". Член Общественной палаты Москвы.