在她的两个姐姐亚历山德拉和叶琳娜出嫁之后,父母开始考虑玛利亚公主的婚事。当她刚满十四岁的时候,她同萨克森-魏玛大公国王子的婚事被提了出来。
1803年,卡尔·弗里德里希(Karl Frederick)王储来到圣彼得堡,在俄国住了将近一年。这次长时间的接触对他和玛利亚公主的未来结合起到了很好的作用。1804年,在圣彼得堡举行 了玛利亚公主同萨克森-魏玛大公国王储卡尔·弗里德里希的婚礼。他们后来共生了两男两女,但长子很早就去世了。玛利亚·帕夫洛夫娜后来成了德国皇帝弗里德 里希三世的祖母和威廉二世的曾祖母。
在丈夫成为大公爵时候,玛利亚·帕夫洛夫娜开始推动科学和艺术的发展工作,并从事慈善活动。她头脑睿智、性格坚强,因此享有极高的威望。
1855年,沙皇尼古拉一世去世后,他的儿子亚历山大二世继位。玛利亚·帕夫洛夫娜不顾自己年事已高(69岁),仍坚持前往参加加冕仪式。这是她最后一次回到祖国。
1859年6月23日,玛利亚·帕夫洛夫娜在魏玛城外的美景别墅去世。