Мария родилась 14 июня 1899 года в Царском Селе. Она была третьим ребёнком в семье и истинной внучкой своего деда Александра III. Девочка обладала большой физической силой, была проста в обращении, ласкова и приветлива. Она легко устанавливала контакт с простыми людьми, умела поговорить с солдатами, расспросить о семье, о детях.
Внешне Мария сильно отличалась от своих старших сестёр. У неё были очень красивые серо-синие глаза, но стройностью природа её явно обделила. К музыке особого призвания не было, зато она прекрасно рисовала. Однако великая княжна была несколько ленива, чтобы заняться чем-либо серьёзно. Мария не отличалась большой самостоятельностью и самолюбием, ей даже нравилось быть в подчинении своей младшей сестры Анастасии, которая была заводилой во всех проделках.
Вместе со всей императорской семьёй великая княжна Мария прошла весь тернистый путь ареста и изгнания из родного Царского Села. В ночь 17 июля 1918 года её расстреляли. Ей только что исполнилось восемнадцать лет.
Великая княгиня, великая герцогиня Саксен-Веймар-Эйзенахская, дочь императора Павла I и императрицы Марии Фёдоровны, принцессы Вюртембергской.
Воспитывалась в родительском доме вместе со своими сёстрами, но уже в раннем детстве отличалась от них резвостью и «мальчишескими» привычками.
В 1804 году Мария была выдана замуж за наследного принца Саксен-Веймарского Карла Фридриха, вступившего в управление великим герцогством в 1828 году. Из великолепной российской столицы великая княгиня оказалась в маленьком городе, в котором проживало всего лишь 8000 жителей. Дворец, где ей предстояло жить, далеко уступал роскоши дворцов Петербурга и летних резиденций семьи Романовых. Однако уже в те времена Веймар славился своей культурной жизнью. Там жили и творили Гёте, Шиллер, Виланд, другие представители немецкого просвещения.
Мария Павловна, которая ещё в детстве отличалась особой склонностью к знаниям, прибыв в Германию, стала упорно заниматься своим дальнейшим образованием, даже брала уроки у профессоров Йенского университета. Как и Веймар, Йена считалась в то время центром умственной жизни Германии. Прибывшая из России невестка саксен-веймарского герцога постепенно сумела объединить вокруг себя «цвет» немецкого просветительства. Оказывая покровительство людям науки и культуры, она устраивала при дворе популярные лекции, концерты, выставки и оказывала поддержку начинающим поэтам и художникам. Сам Гёте принадлежал к числу её друзей и считал великую княгиню одной из наиболее выдающихся женщин своего времени.
В супружеской жизни Мария Павловна не была счастлива и никогда не могла забыть России. Тесную связь она поддерживала с Петербургом, посылала туда лекарства из дворцовой аптеки, отправляла книги немецких авторов, состояла в постоянном контакте с родственниками. Не раз наносил визиты своей сестре император Александр Первый, посещала её и мать, вдовствующая императрица Мария Фёдоровна, другие родственники.
Дважды великая княгиня вынуждена была на долгое время оставить полюбившийся ей город. Осенью 1806 года в связи с продвижением французской армии она на несколько месяцев переехала в Шлезвиг. В апреле 1813 года вновь спешно покинула Веймар, чтобы не оказаться в руках наполеоновских отрядов, оккупировавших некоторые немецкие города. На этот раз она отправилась в Австрию под защиту русской армии. В 1814—1815 годах вместе со своим тестем Карлом Августом, получившим титул великого герцога, и братом Александром I Мария Павловна участвовала в Венском конгрессе, на который собрались главы европейских княжеств и видные государственные деятели. С 1816 года Веймар стал её постоянным местопребыванием.
Память о Марии Павловне в этом городе сохранилась до наших дней. В репрезентативном отеле «Русский двор», где в своё время останавливались писатели, художники и музыканты, посещавшие Веймар, стоит и сегодня бюст русской великой княгини. В этом отеле проживал и знаменитый пианист Франц Лист, которого Мария Павловна приглашала с концертами в Веймар. За эти концерты она платила из своих личных средств.
В городе при её финансовой поддержке реставрировались или заново устанавливались новые фонтаны. На одном из них до сих пор сохранилась монограмма «МП» с короной над ней. С именем великой княгини связана и городская сберкасса, созданная ею как социальная помощь городу. Это было финансовое учреждение, которое помогло обедневшим веймарцам после смуты Наполеоновских войн поднять уровень жизни. Открытие сберкассы состоялось 16 февраля 1821 года в день рождения Марии Павловны.
В 1854 году была выпущена юбилейная медаль «50-летнее пребывание Марии Павловны в Веймаре».