После окончания школы поступила в Высшее театральное училище имени Б. В. Щукина. В 1993 году, после рождения сына Андрея, перевелась во ВГИК (курс Михаила Глузского), который и окончила. С 1997 года служит в театре «Ленком».

Лауреат российской национальной театральной премии «Золотая Маска» в номинации «Лучшая женская роль» (2007), лауреат высшей театральной премии Москвы «Хрустальная Турандот» (2015) и др.

Мария Миронова регулярно снимается в кино. Фильм Павла Лунгина «Свадьба» (2000), в котором Мария исполнила главную женскую роль, участвовал в конкурсной программе Каннского кинофестиваля и удостоен приза за лучший актёрский ансамбль.

Снялась также в фильмах «Олигарх» (2002), «Ночной дозор» (2004), «Статский советник» (2005), «Дневной Дозор» (2005), «Качели» (2008), «Салют-7» (2017), «Холоп» (2019), «Громкая связь» (2019), «Обратная связь» (2020), «Игры шпионов» (2020), «Небо» (2021).

Актриса также снималась в сериалах «Гибель империи» (2005), «Крик совы» (2013), «Родина» (2015), «Садовое кольцо» (2016), «Преступление» (2016-2017), «Инсомния» (2021) и др.

Народная артистка Российской Федерации» (2020).