Fille de l'acteur Daniel Gélin.

Maria Schneider fait ses débuts au théâtre alors qu'elle n'a encore que 15 ans, sans jamais avoir suivi de cours auparavant. Deux ans plus tard, elle décroche son premier rôle sur grand écran dans L'Arbre de Noël de Terence Young, suivie immédiatement d'une apparition dans Madly avec Alain Delon.

Rapidement, Maria Schneider multiplie les rôles dans des productions françaises, mais aussi allemandes ou italiennes. C'est donc tout naturellement qu'elle décide de passer un casting pour un projet de Bernardo Bertolucci. Selectionnée par le metteur en scène lui-même parmi une centaine de candidates, l'actrice partage l'affiche avec Marlon Brando dans le film qui lui apporte la consécration : Le Dernier Tango a Paris. En plus de la célébrité, ce film lui donne l'image d'une femme libertine, une image qui jalonnera toute sa carrière. Pendant les années 70, elle aura d'autres prestigieux partenaires comme Jack Nicholson dans Profession : reporter de Michelangelo Antonioni, David Bowie dans Just a gigolo ou Gérard Depardieu dans Violanta. Elle est nommée pour le César du Meilleur second rôle féminin en 1980 pour son rôle dans La Dérobade, où elle joue une prostituée dans un contexte violent et malsain.

Maria poursuit sa carrière en Europe pendant les années 80, mais les rôles se font moins nombreux, elle privilégie donc la télévision. Durant les années 90, elle fait quelques apparitions au cinéma dans Les Nuits fauves et Jane Eyre. Mais c'est dans Les Acteurs qu'elle réapparait dans un rôle semi-autobiographique d'actrice maudite, s'estimant "très heureuse de revenir au cinéma." (Libération). En 2002, Laetitia Masson fait appel à la comédienne pour La Repentie, où elle joue à nouveau de son image sulfureuse.