Великая княжна Мария Николаевна родилась 6 (18) августа 1819 года в Павловске. Она была старшей дочерью и вторым ребенком в семье великого князя Николая Павловича и великой княгини Александры Фёдоровны, урожденной принцессы Шарлотты Прусской. Рождение девочки не стало радостным событием для отца. Александра Фёдоровна писала:
Ее родители, уделяли много внимания воспитанию своих детей и дали им прекрасное образование.
Современники отмечали похожесть великой княжны на отца как внешностью, так и характером. Полковник Ф. Гагерн, который сопровождал нидерландского принца Александра в Россию, отзывался о ней в своём дневнике:
Астольф де Кюстин, присутствовавший на свадьбе великой княжны, так описывал её:
В отличие от многих принцесс того времени, чьи браки заключались по династическим соображениям, Мария Николаевна вышла замуж по любви. Со своим избранником, герцогом Максимилианом Лейхтенбергским, младшим сыном Евгения Богарне и внуком императрицы Жозефины она познакомилась в 1837 году, когда он приехал в Санкт-Петербург на кавалерийские маневры. Год спустя, во время его второго приезда, обнаружилось их взаимная склонность друг к другу.
Несмотря на происхождение Максимилиана и его вероисповедание (он был католиком), Николай I дал согласие на брак с ним своей дочери при условии, что супруги будут жить в России, а не за границей. Свадьба состоялась 2 июля 1839 года и проходила по двум обрядам: православному и католическому. Венчание состоялось в часовне Зимнего дворца. Перед благословением в церковь были выпущены два сизых голубя, которые уселись на карнизе над головами молодых и находились там в течение всей церемонии. Венец над Марией держал её брат — цесаревич Александр, над герцогом — граф Пален. По окончании церемонии хор исполнил «Тебя, Бога, хвалим», а пушечные выстрелы возвестили о совершившемся бракосочетании. Позднее в одной из дворцовых зал, специально приспособленной для этой цели, состоялось брачное благословение пары католическим священником. Несмотря на огромное число присутствующих, в том числе дипломатов и их супруг, на бракосочетании не присутствовали родственники герцога Лейхтенбергского, а также принцы родственных Романовым домов. Граф Сухтелен заметил в разговоре с Фридрихом Гагерном:
Поселились молодожёны в Южном павильоне Малого Эрмитажа, где пребывали до окончания отделки Мариинского дворца.
Указом от 2(14) июля 1839 года император пожаловал Максимилиану титул Его Императорского Высочества, а указом от 6(18) декабря 1852 года даровал потомкам Максимилиана и Марии Николаевны титул и фамилию князей Рома?новских. Дети Максимилиана и Марии Николаевны были крещены в православие и воспитывались при дворе Николая I, позднее император Александр II включил их в состав Российской Императорской фамилии.
Мария Николаевна вышла замуж вторично в 1853 году за графа Григория Александровича Строганова (1823—1878). Венчание совершил 13 (25) ноября 1853 года в дворцовой церкви Мариинского дворца священник Троицкой церкви Гостилицкой усадьбы Татьяны Борисовны Потёмкиной Иоанн Стефанов. Этот брак был морганатическим, заключённым в тайне от отца Марии Николаевны императора Николая I при содействии наследника и его жены. По словам А. Ф. Тютчевой, брак этот подвергал Марию Николаевну «настоящей опасности, если бы стал известен её отцу» и в подобном случае император вполне мог его расторгнуть, сослав Строганова на Кавказ и заточив любимую дочь в монастырь. После смерти Николая I брак был признан законным особым Актом, подписанным Александром II и императрицей Александрой Феодоровной 12 (24) сентября 1856 года в Москве. Брак при этом остался тайным:
В 1862 году Мария Николаевна поселилась во Флоренции на вилле Кватро, и с помощью художника и коллекционера Карла Лифара стала приобретать произведения искусства для украшения своей новой резиденции.
Умерла Мария Николаевна 21 февраля 1876 года в Санкт-Петербурге в возрасте 56 лет.
В первом браке с герцогом Максимилианом Лейхтенбергским у Марии Николаевны родилось семеро детей:
Дети от второго брака:
С 1845 года официальной резиденцией князей Лейхтенбергских в Санкт-Петербурге стал Мариинский дворец, названный так в честь Марии Николаевны. Она и ее муж активно занимались благотворительностью. Максимилиан Лейхтенбергский был президентом Академии художеств, после его смерти в 1852 году Мария Николаевна, увлекавшаяся коллекционированием произведений искусства, сменила его на этом посту.