Мария Петипа родилась в семье знаменитый балетных танцоров Петербургской императорской труппы. Мать - знаменитая танцовщица Мария Сергеевна Суровщикова-Петипа, отец - прославленный балетмейстер Мариус Иванович Петипа, имя которого навсегда вошло в историю российского балетного искусства.
Для балетной танцовщицы родиться в такой семье безусловное везение. С раннего детства Мария Мариусовна видела сцену и танцы, закулисная жизнь окружала её не только в театре, но и дома. Начала учиться классическому танцу у своих родителей, матери и отца. А когда чуть подросла - была принята в Санкт-Петербургское театральное училище, где её педагогом стал Х. П. Иогансон.
В 1869 году её родители развелись, мать ушла с Петербургской сцены, но отец был главным балетмейстером Петербургской императорской труппы.
В 1875 году поступила в балетную труппу императорского театра, поначалу работая на сцене Петербургского Большого Каменного театра, впоследствии в Мариинском театре. Семнадцатилетней балериной в 1875 году она дебютировала в главной партии в балете «Голубая георгина» на музыку Пуни, поставленным её отцом когда-то, 1860 году, для исполнения её матерью. Она ещё не раз будет танцевать в балетах своего отца, а какие-то партии он специально создавал для Марии.
Начав карьеру как классическая солистка, Мария Петипа вскоре перешла на амплуа хара́ктерной танцовщицы, заняв в нем на долгие 30 лет ведущее положение в труппе. Критика отмечала, что она не была сильна в классических исполнениях, но в характерных танцах у неё не было соперниц. Этому способствовали и её природные данные: эффектная внешность и темперамент. Как пишет о ней в своей «Истории танца» Сергей Николаевич Худеков: «Она танцовала больше руками и преимущественно стреляла глазами. Весёлая по природе, красивая артистка с постоянно приятною и симпатичною улыбкою была всегда очень оживлена и энергична на сцене». Она с равной увлеченностью и энергией танцевала венгерские, испанские, цыганские, русские и прочие национальные танцы и в балетных спектаклях, и в многочисленных танцевальных фрагментах в операх, выступая порой по 100 раз в сезон. Критика отмечала, что в её сценической карьере бывали такие случаи, когда единственные аплодисменты в оперных спектаклях выпадали на долю её танцев. Среди наиболее любимых партий называла лезгинку в опере «Руслан и Людмила», мазурку в сцене бала оперы «Жизнь за царя» и испанский танец в опере «Кармен».
Первая исполнительница партий: Фея Сирени («Спящая красавица», 1890, балетмейстер М. И. Петипа), Мария («Привал кавалерии» Армсгеймера, 1896; этот балет М. И. Петипа специально поставил для неё). Среди других ролей: Низия («Царь Кандавл» Пуньи), Катти («Маркитанка» Пуньи). Исполняла танцы: венгерский («Лебединое озеро» и «Коппелия»), бедуинский («Зорайя»), испанский («Раймонда»), итальянский («Наяда и рыбак» Пуньи), полька («Жизнь за царя»).
«Счастливая „сценическая судьба“, прекрасная фигура, поддержка знаменитого отца сделали её незаменимою исполнительницей характерных танцев, перворазрядною балериной, разнообразной в своём репертуаре. всегда очаровательная, темпераментная, красочная», - писал о ней в «Материалах по истории русского балета» М. В. Борисоглебский.
Худеков пишет о том, что среди балетных артисток Мария Петипа оставила после себя самое большое количество фотографий.
В 1897, 1903, 1904 гастролировала в Париже, в 1899, 1901 - в Будапеште.
Мария Мариусовна была замужем в гражданском браке за балетным артистом Сергеем Легатом, покончившим с собой в возрасте 29 лет (1875-1905).
В императорской труппе Мария Петипа проработала до 1907 года. Окончив сценическую деятельность в 1907, до 1912 эпизодически время от времени выступала в концертах в Мариинском и частных театрах.
В 1926 году уехала во Францию. В Париже она получила Орден Академических пальм - награду Франции за заслуги в образовании, науке и культуре.
Там же, в Париже, она умерла в 1930 году в результате тяжелой болезни: как писалось, «после двух ударов паралича и буйного помешательства».