Родителями Марианны были император Фердинанд III и его первая жена Марианна, испанская инфанта, дочь короля Филиппа III. Марианна была их старшей дочерью. Родилась 23 декабря 1634 года в Вене при дворе своего деда, Фердинанда II. Её отец, ставший императором в 1637 году, большую часть времени находился вдали от семьи, участвуя в Тридцатилетней войне.
С детства она была предназначена в жены своему кузену Бальтазару Карлосу, принцу Астурийскому, сыну Филиппа IV, который, однако, умер в 1646 году в возрасте 16 лет. Филипп IV остался без наследника, а Марианна без жениха. 8 ноября 1649 года Марианна выходит замуж за своего дядю, Филиппа IV. В этом браке рождается шестеро детей, однако только двое из них достигают совершеннолетия — Маргарита Тереза и наследник престола Карл II. Карл не имел наследников, так как появился на свет в результате инцеста, на протяжении поколений практиковавшегося в династии Габсбургов.
Филипп IV умер 17 сентября 1665 года, его сыну Карлу II был только 3 года и Марианна стала регентшей. Карл, будучи инвалидом, мог говорить и передвигаться с большим трудом, его носили на руках до 10 лет, и регент ему был более необходим, чем другим. Она оставась регентшей большую часть своей жизни, кроме короткого периода, когда она была изгнана из Мадрида в 1678 году внебрачным сыном Филиппа IV Хуаном Австрийским в результате дворцового переворота. Причиной была ее поддержка фаворита Фернандо де Валенсуэла, вызвавшая недовольством придворных. Она вернулась в Мадрид после смерти Хуана в 1679 году, уже не являлась регентшей в силу совершеннолетия Карла, но продолжала играть существенную роль в государственных делах до своей смерти в 1696 году.
По своей природе очень жизнерадостная молодая девушка, она с годами под воздействием строгого испанского дворцового этикета становилась все более угрюмой, меланхоличной и замкнутой. Она умерла в 1696 году, предприняв до этого многочисленные попытки утвердить одного из Габсбургов в качестве наследника своего сына. Однако все ее усилия окончились провалом, и после смерти Карла II разразилась война за испанское наследство.