A 18 ans, la jeune Maria Pacôme entre au célèbre cours Simon. Elle épouse en 1950 le comédien Maurice Ronet et de leur union nait François Pacôme, acteur également. Elle ne commence, cependant, sa carrière qu'après leur divorce, six ans plus tard. Bien avant ses débuts au cinéma, elle s'investit énormément dans une carrière théâtrale, notamment dans des œuvres de Sacha Guitry et dans trois pièces mises en scène par Pierre Mondy. Sa première apparition à l'écran se fait en 1959 dans le film Voulez-vous danser avec moi ? scénarisé par Gérard Oury.

Pour son second rôle au cinéma, la comédienne est dirigée par Philippe de Broca, et elle manifeste très vite un intérêt particulier pour la comédie populaire (Le Gendarme de Saint-Tropez, Les Gorilles, etc.), un genre qui repose en grande partie sur l'interprétation des acteurs. Fidèle aux mêmes réalisateurs, elle joue également sous sa direction dans Les Tribulations d'un Chinois en Chine (1965). On la retrouve, par la suite, dans de nombreuses comédies françaises, tournées par les plus grands : Tendre voyou (1966) de Jean Becker, Bons baisers... à lundi (1974) de Michel Audiard ou encore Pas de problème ! (1975) de Georges Lautner.

Après avoir campé Lucile Jeancourt dans Les Sous-doués (1980), Maria Pacôme décroche en 1993 une nomination au César du meilleur second rôle féminin, grâce à sa prestation dans La Crise. Suite à un long passage à la télévision pour le compte de la série Docteur Sylvestre, on l'aperçoit à nouveau dans une comédie française, Mauvais esprit (2003). En 2008, elle renoue avec le succès théâtral aux côtés de Jean Piat dans la pièce La maison du lac, déjà adaptée au cinéma par Mark Rydell. En 2011, à 88 ans passés, Maria Pacôme est la voix de Mémé dans Titeuf, le film (3D) et, l'année suivante, un fantôme dans la comédie Arrête de pleurer Pénélope, qui sera son dernier film.