Elle se révèle durant la saison 1986 en remportant le Marathon de Paris dans le temps de 2 h 32 min 16 s. En 1987, elle finit deuxième de la Coupe du Monde de Marathon. Vainqueur de son premier titre national en 1990, Maria Rebelo monte sur la troisième marche du podium des Championnats d'Europe de Split, terminant derrière la Portugaise Rosa Mota et la Soviétique Valentina Yegorova. Elle établit la meilleure performance de sa carrière le en bouclant le Marathon de Londres en 2 h 29 min 04 s, puis se classe cinquième des Championnats du monde de Tokyo en 2 h 32 min 05 s. Sélectionnée en équipe de France lors des Jeux olympiques de 1992, Maria Rebelo-Lelut est contrainte à l'abandon. Elle remporte deux nouveaux titres de championne de France en 1993 et 1994.