Мария Петрова начала заниматься художественной гимнастикой в 5 лет. С 1990 она тренировалась у знаменитой Нешки Робевой в клубе Левски-София.
В 1991 году в составе национальной сборной получила серебряную медаль. В 1992 и в 1994 стала двукратной чемпионкой в многоборье, получив на этих первенствах ещё три медали. Обладательница европейского кубка 1993. Трехкратная (1993, 1994, 1995) чемпионка мира в многоборье — за этот успех имя Марии внесено в Книгу рекордов Гиннеса, это достижение она разделила с другой болгарской гимнасткой — Марией Гиговой (1969, 1971, 1973). С чемпионатов мира имеет 20 медалей: 8 золотых, 9 серебряных, 3 бронзовых. На Олимпийских играх 1992 и в 1996 была пятой в многоборье. Причем на Олимпиаде в Барселоне она была отброшена на пятое место лишь из-за досадной случайности.
Закончила Спортивную академию. Является членом Управительного совета болгарской федерации художественной гимнастики, председатель судейской комиссии. Член комитета художественной гимнастике Европейской федерации художественной гимнастики.
Замужем за футболистом Бориславом Михайловым, известным вратарем сборной Болгарии, сегодня — председатель Болгарского футбольного союза. Дочь — Элинор.