1926-ban született egy svájci író és egy osztrák színésznő negyedik gyermekeként. Testvéreivel a második világháború idején Svájcban tartózkodott, ahol 16 évesen beválogatták első filmszerepébe, az 1942-ben készült Steibruch című thrillerbe.

Marcello Mastroianni-val a Fehér éjszakákban
Hollywoodi sikereinek éveiben rengeteg moziban és tévéfilmben játszott, még az 1978-as Superman-ben is feltűnt. Később azonban hanyatló egészsége, anyagi gondjai és zárkózottsága miatt egyre kevesebb szerepet vállalt. Utolsó nyilvános fellépése 2002-ben volt, amikor testvére, Maximilian dokumentumfilmet készített róla és munkásságáról.

Maria Schell kétszer házasodott, és mindkétszer el is vált. Két gyermeket hagyott maga után, amikor kedden dél-ausztriai otthonában, a szülei háború előtti házában elhunyt.