После окончания средней школы № 113 (теперь № 1113) в Дегтярном переулке поступила в Высшее театральное училище имени Б. В. Щукина. В 1993 году, после рождения сына Андрея, перевелась во ВГИК на курс Михаила Андреевича Глузского.

По окончании ВГИКа в 1996 году получила приглашение играть в театре «Школа современной пьесы», но выбрала театр «Ленком», в котором служила с 1997 по 2023 год. Дебютировала в таких спектаклях, как «Безумный день, или Женитьба Фигаро» (Фаншетта), «Две женщины» (Верочка), «Город миллионеров», «Варвар и еретик», «Укрощение укротителя», «Визит дамы», «Тартюф». Также играла роли в спектаклях режиссёра Андрея Жолдака — «Чайка», «Федра», «Кармен».

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

В 2021 году в прокат вышла военная драма «Небо», в которой Миронова исполнила роль жены главного героя – подполковника Олега Сошникова. В конце мая 2022 года на большие экраны выйдет семейная комедия «Мой папа — вождь», в которой актриса также исполнила одну из главных ролей. В картине также сыграли Дмитрий Нагиев, Максим Лагашкин и Фёдор Добронравов.