Переезд в Россию для выросшей в уединении дармштадтского замка скромной и сдержанной в своих чувствах юной принцессы был нелёгким — блеск роскоши и многолюдье оказались непривычны. Поначалу брак считался счастливым, основанным на любви и взаимном согласии. Мужа Мария любила беззаветно. Не зная русского языка, веры и обычаев, она погрузилась в постижение своего нового мира. Со временем немецкая принцесса смогла неплохо изъясняться по-русски. Её учителем был Василий Жуковский.
18 августа 1842 года в Царском Селе, ставшем любимым местом пребывания Марии Александровны, родился её первый ребёнок — великая княжна Александра. Девочка приносила много радости восемнадцатилетней матери, хотя и не вызвала большого восторга в царской семье. Николаю I хотелось внука, продолжателя династии Романовых. Это произошло годом позже. Немецкая принцесса родила мальчика, названного в честь императора Николаем. Цесаревич гордился сыном и старался окружать свою дорогую супругу нежностью и любовью. Это было счастливое время для Марии, хотя и «нелёгкое» для её хрупкого организма. Через два года после первого сына родился второй, а затем и третий. Семья быстро увеличивалась.
В июне 1849 года внезапно скончалась великая княжна Александра. Двух месяцев девочка не дожила до своего семилетия, осложнение после кори прекратило её земное существование. Потребовалось много усилий врачей, чтобы привести в относительное душевное равновесие безутешную принцессу. Некоторым лекарством для её страдающего сердца послужило лишь рождение сына в январе следующего года. А осенью 1853 года супруга наследника престола родила дочь. Девочку назвали именем матери. Маленькая Мария внесла новую струю в жизнь цесаревны, её глаза вновь засветились радостью. Не только сами родители, но и сыновья — их было четверо — обожали очаровательную малышку.
Неожиданно случился страшный удар для всей романовской семьи — скончался император Николай I. Глубоко потрясена была кончиной своего властительного свёкра и Мария Александровна.
Отныне принцесса, привезённая из далёкого Дармштадта, стала супругой императора Александра II. Коронация состоялась в конце августа 1855 года по традиции в Москве. Однако цесаревна, сделавшаяся императрицей, не была призвана по своей натуре к тому положению, которое ей предназначила судьба.
В июне 1864 года в возрасте двадцати двух лет скончался старший сын императорской четы — наследник престола Николай Александрович. От этого большого горя Мария Александровна словно потускнела. Да и в супружеской жизни наступили пасмурные дни. Её Александр стал изменять ей. В фейерверк роскоши и богатства двора императрица со своей врождённой скромностью не вписывалась. Имея много дорогих украшений, она не любила их надевать, балы посещала редко, ссылаясь на нездоровье. Восемь беременностей, потеря дочери и сына, охлаждение к ней супруга — всё это давало о себе знать. Но она не переставала любить мужа, даже когда узнала о его новой семье, которую он завёл с любовницей-княжной Екатериной Долгоруковой. Свою душевную боль императрица сносила молча. Но её сердце страдало безгранично.
Оскорблённая и униженная супруга российского императора была как бы отодвинута в сторону и оставлена наедине со своими болезнями. Для поддержания здоровья она стала часто выезжать за границу. Но незадолго до своей кончины Мария Александровна, словно почувствовав, что ждать избавления от своих страданий ей остаётся уже недолго, потребовала скорейшего возвращения в Петербург, заявив, что хотела бы закончить свои дни на новой родине. «После Бога больше всего люблю Россию», — говорила она не раз.