Dernière d'une famille de quatre enfants, Marisa Paredes naît Place Santa Ana, le quartier des théâtres de Madrid. Contre la volonté de son père, ouvrier, elle se lance dans la comédie, en intégrant à 15 ans le Conservatoire et, à la suite du désistement d'une actrice, débute sur les planches en 1961 dans Esta noche tampoco de José López Rubio. C'est d'ailleurs le théâtre, qu'elle n'abandonnera jamais vraiment en dépit de son succès au cinéma, qui la fera connaître. A l'affiche d'un grand nombre de films dans les années 70 et 80 (parmi lesquels Opera Prima de Trueba ou le très dérangeant Tras el cristal), elle décroche en 1988 une nomination au Goya du Meilleur Second rôle pour sa prestation dans Cara de acelga.

En 1983, en pleine Movida, la comédienne campe une nonne excentrique dans Dans les ténèbres, première d'une longue série de collaborations entre elle et Pedro Almodóvar. En effet, le cinéaste en fera, tout au long des années 90, l'héroïne de ses mélodrames, lui offrant de beaux rôles de divas en crise, entre réussite professionnelle et drames intimes. Marisa Paredes acquiert ainsi une popularité internationale grâce au personnage de Becky, chanteuse et mère de Victoria Abril dans Talons aiguilles (1992), avant d'incarner une romancière dépressive dans La Fleur de mon secret (performance qui lui vaut le Prix d'interprétation à Karlovy Vary en 1995), puis une actrice adulée dans Tout sur ma mère (1999), un rôle écrit spécialement pour elle. Le réalisateur espagnol continuera de la diriger au cours de la décennie suivant dans Parle avec elle (2002) et La Piel que Habito (2011).

Devenue l'une des comédiennes les plus populaires du cinéma latin, Marisa Paredes multiplie les films hors des frontières espagnoles et interprète, entre autres, la mère de Nicoletta Braschi dans La Vie est belle de Benigni, la femme de Mastroianni dans Trois vies et une seule mort du Chilien Raoul Ruiz et tourne également avec le Mexicain Arturo Ripstein (Pas de lettre pour le colonel). L'actrice n'en continue pas moins d'enchaîner les tournages en Espagne, de l'inquiétant L'Echine du diable (2001) au délirant Reinas (2005), qui la voit côtoyer d'autres muses almodovariennes, comme Carmen Maura ou Veronica Forque. La même année, elle incarne une religieuse sous la direction du prolifique Manoel de Oliveira dans Le Miroir magique, aux côtés de Michel Piccoli. En 2007, la comédie Four last songs (inédite en France) lui permet de fréquenter un casting international composé notamment de Stanley Tucci, Rhys Ifans et Emmanuelle Seigner. Également très appréciée en France (elle joue dès 1993 dans Tombés du ciel, la première comédie de Philippe Lioret), elle s'illustre en 2010 dans Gigola aux côtés de Lou Doillon, mais aussi de ses compatriotes Eduardo Noriega et Rossy de Palma. Elle rejoint ensuite le casting quatre étoiles de Les Yeux de sa mère (2011) du cinéphile Thierry Klifa, aux côtés de Catherine Deneuve et Géraldine Pailhas.