Elle est surtout connue pour son rôle de Jeanne, à l'âge de 19 ans, au côté de Marlon Brando dans Dernier Tango à Paris de Bernardo Bertolucci en 1972.

En 1978, en plein tournage du film Caligula (film, 1979) produit par Bob Guccione, elle l'abandonne pour aller rejoindre une amie américaine de 28 ans dans un asile psychiatrique. Cette même année, elle part en Suéde se ressourcer. Elle joue ensuite notamment dans Profession : reporter de Michelangelo Antonioni avec Jack Nicholson. Deux ans plus tard, elle joue avec Gérard Depardieu dans le film suisse Violanta de Daniel Schmid. Maria Schneider poursuit son ascension hollywoodienne et devient la complice de David Bowie dans Just a gigolo en 1979.

À l'aube des années 1980, la comédienne renoue avec le succès avec Jacques Rivette dans Merry-Go-Round avec Joe Dallesandro et dans quelques téléfilms italiens. Elle s'essaie à la science-fiction dans le Bunker Palace Hôtel d'Enki Bilal puis s'efface peu à peu des écrans. Sa réputation sulfureuse et son refus de jouer à nouveau nue effraient les producteurs. À ce propos, elle déclare : « Je refusais les rôles directement hérités du "Dernier Tango", commençant à monter contre moi toute une frange de producteurs qui ne voient dans les actrices que de la chair fraîche et consommable, et je continuais à fonctionner sur des rencontres », avait-elle expliqué en 2001 dans le journal Libération.

Après Les Nuits fauves de Cyril Collard et Jane Eyre de Franco Zeffirelli en 1996, Maria Schneider apparaît seulement dans des seconds rôles, entre autres dans La Vie d'artiste de Marc Fitoussi, en 2009, ou dans Cliente de Josiane Balasko en 2008, où l'actrice prête discrètement ses traits à une cliente.
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