Родилась в Москве 28 мая 1973 года в актерской семье Екатерины Градовой и Андрея Миронова. Сниматься в кино начала еще в детстве — у Станислава Говорухина в «Приключениях Тома Сойера и Гекльберри Финна» сыграла Бекки Тэтчер.

Училась в ВТУ имени Б.В.Щукина, в 1993 перевелась во ВГИК (курс М.Глузского).

С 1996 г. Мария Миронова работает в театре «Ленком». Играла в спектаклях «Безумный день, или Женитьба Фигаро» (Фаншетта), «Две женщины» (Верочка), «Тартюф» (Эльмира), «Город миллионеров», «Варвар и еретик» (мадемуазель Бланш), «Плач палача» (Актриса Эвредика) «Визит дамы» (Клара Цаханассьян), «Борис Годунов» (Марина Мнишек). Сейчас занята в спектакле «Шут Балакирев» (Екатерина Алексеевна).

Работа в Театре Наций: «Опыт освоения пьесы «Чайка» системой Станиславского» (Нина Заречная), «Федра. Золотой колос» (Федра / Вера Ивановна Павлова) и «Кармен. Исход» (Кармен) — постановки А. Жолдака; «Калигула» (Цезония, реж. Э. Някрошюс).

Мария активно снимается в кино. Среди фильмов и сериалов с ее участием — «Свадьба», «Русский бунт», «Олигарх», «Дневной дозор», «Ночной дозор», «Девять месяцев», «Гибель империи», «Статский советник», «Человек с бульвара Капуцинок», «Снайпер. Оружие возмездия», «Три мушкетёра», «О любви», «Следователь Тихонов», «Родина», «Землетрясение», «Салют 7», «Садовое кольцо», «Доктор Рихтер», «Сын», «Громкая связь», «Миллиард», «Холоп» и др.

В декабре 2006 г. М. Мироновой присвоено звание «Заслуженная артистка России».

Помимо работы в театре и кино, Мария Миронова поддерживает культурно-общественные и благотворительные проекты: с 2008 — соучредитель и президент Фонда поддержки деятелей искусства «Артист». Входит в арт-дирекцию фестиваля «Территория».

Лауреат премии имени Евгения Леонова (1998).

Приз Веры Холодной за исполнение главной роли в фильме «Свадьба» (2000).

Лауреат премии Центрального Дома актера имени А. А. Яблочкиной «Актёрская удача» за роль Федры / Веры Ивановны в спектакле Театра Наций «Федра. Золотой Колос» (2006).

Лауреат национальной театральной премии «Золотая Маска» в номинации «Лучшая женская роль» — спектакль «Федра. Золотой колос» (2007).

Лауреат премии российских деловых кругов «Кумир» в номинации «Лучшая актриса года» (2007).

Лауреат премии «Звезда театрала» — «Лучшая актриса пятилетия» (2008).

Лауреат национальной актерской премии имени Андрея Миронова «Фигаро» (2011).

«Хрустальная Турандот» за лучшую женскую роль сезона — Марина Мнишек, спектакль «Борис Годунов», театр «Ленком» (2015).

В марте 2020 присвоено звание Народной артистки России.