Воспитывалась в Екатерининском институте, окончила с большой золотой медалью. Осталась в том же институте классной дамой Нарушая правила Екатерининского института, тайно начала пробовать себя на сцене, в любительских спектаклях. Тут-то и возник псевдоним «Лилина», предложенный режиссёром Александром Саниным. Участвовала в спектаклях «Общества искусства и литературы», где играла роли: «Баловень» В. А. Крылова— Таня «Жорж Данден» Мольера — Клодина «Коварство и любовь» Ф. Шиллера — Луиза «Плоды просвещения» Л. Н. Толстого — Таня. В 1889 году Мария Лилина вышла замуж за Константина Сергеевича Станиславского; в 1898 году вошла в труппу созданного им Художественного театра, став одной из ведущих актрис МХТ. А. П. Чехов высоко ценил талант Лилиной, сыгравшей Машу в его «Чайке», Соню в «Дяде Ване», Наташу в «Трёх сестрах» и Аню в «Вишневом саде». «Разносы» Лилиной своего творчества очень ценил В. И. Качалов. В последний раз М. П. Лилина вышла на сцену МХАТа 11 октября 1941 года в спектакле «Анна Каренина» по роману Л. Н. Толстого. После смерти Станиславского руководила основанной им Оперно-драматической студией. В годы Великой Отечественной войны за тяжело больной Марией Петровной ухаживала актриса Лидия Коренева — единственная из актёров МХАТ, которая осталась в эвакуированной Москве.