Училась в радиотехникуме, где организовала квартет, ставший профессиональным под руководством В. Акульшина. Работала на заводе «Красный Треугольник», выступала с ансамблем Дворца культуры им. Ленсовета.
Окончила музыкальное училище им. М. П. Мусоргского.
С 1964 года — солистка Ленинградского Музыкального эстрадного ансамбля под руководством А. Бадхена и А. Колкера при Ленконцерте. Сценический успех М. Пахоменко во многом связан с песнями её супруга — композитора Александра Колкера.
Первый успех пришёл в 1964 году — с исполнением на радио песни «Качает, качает» (А. Колкер — Л. Куклин), написанной к спектаклю Театра им. Комиссаржевской «Иду на грозу» (режиссёр — М. Сулимов).
Песни в исполнении Марии Пахоменко звучали в программах многих радиостанций и на телевидении. Многие годы гастролировала по СССР и за рубежом. Снялась в нескольких музыкальных фильмах.
В 1980-х годах работала ведущей на ленинградском ТВ в цикле программ «Приглашает Мария Пахоменко».
С 1964 до 2000-х годов записи выступления М. Пахоменко изданы миллионными тиражами на гибких грампластинках, грампластинках-миньон, дисках-гигантах и компакт-дисках.
В 1971 году первой из советских эстрадных певиц удостоена Гран-при на международном конкурсе «Золотой Орфей» в Болгарии.
Принесла на эстраду свой стиль исполнения — народный характер пения с эстрадным артистизмом.
Многие ведущие советские композиторы и поэты доверяют певице первое исполнение своих сочинений:
Первые записи певицы изданы в 1964 году на гибких грампластинках в журнале «Кругозор». Первая грампластинка-миньон М. Пахоменко — «Песни А. Колкера» — выпущена в 1966 году.
В 1968 году было продано более двух с половиной миллионов грампластинок Марии Пахоменко, что отмечено «Нефритовой пластинкой» — престижной международной премией, вручаемой в Каннах.
Первый диск-гигант с популярными песнями в исполнении М. Пахоменко был выпущен фирмой грамзаписи «Мелодия» в 1970 году. Песня «Когда смеются львы» (И. Цветков — Я. Голяков) из этого альбома стала шлягером. «Мелодия» выпускала грампластинки певицы вплоть до 1984 года. Дискография М. Пахоменко насчитывает более 30 наименований, в том числе десять дисков-гигантов.
Компакт-диски с лучшими песнями певицы выпущены в серии «Имена на все времена» (2002) и в серии «Золотая мелодия» (компакт-диск «Любовь останется», 2005).
роли в кино:
исполнение песен:
архивные кадры:
Супруг — композитор Александр Колкер.
Дочь — Наталья Пахоменко, режиссёр и сценарист; внучка — Мария Пахоменко-младшая.
Проживают в Санкт-Петербурге на набережной Черной речки.
В петербургских, а затем и общероссийских средствах массовой информации говорилось, что сотрудники полиции разыскивают народную артистку России, певицу Марию Пахоменко, которая в среду 15 февраля 2012 г. ушла из дома в Петербурге и до ночи не вернулась. В частности, об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на пресс-службу ГУ МВД по Петербургу и Ленинградской области. После того, как через СМИ были распространены приметы и фотография М. Пахоменко, в четверг 16 февраля она была опознана охранниками торгового центра «Меркурий». Ночью она была госпитализирована по поводу закрытой черепно-мозговой травмы (сотрясение головного мозга, подкожная гематома левой височной области); состояние оценивается как средней тяжести, обстоятельства травмы выясняются.