Maria s-a născut la Iași, ca fiică a prințului Dimitrie Cantemir și a soției sale Casandra, spre deosebire de sora sa Smaranda (1701-1720) și de cei 4 frați ai săi Matei (1703-1771), Constantin (1705-1747), Șerban sau Serghei (1706-1780) și Antioh Dimitrievici Cantemir (1708-1744) care s-au născut la Istanbul. A primit o educație foarte bună. Începând cu anul 1711, ea a trăit în Rusia și, în cadrul festivităților din toamna și iarna 1721-1722 dedicate încheierii păcii de la Nystadt (30 august 1721), s-a implicat într-o relație cu împăratul Petru I al Rusiei. Maria l-a urmat pe Petru în Astrahan în 1722 unde a născut un fiu. Copilul a murit în 1723 posibil otrăvit de medicul împărătesei Ecaterina. (Conform unui studiu redactat pe această temă de istoricul rus Leonid Nikolaevici Maikov, publicat în 1897, Maria a fost constrânsă să avorteze în secret, sub supravegherea medicului Curții, Polikala, la presiunea țarinei. După alte surse, copilul se naște mort.)