瑪麗於1516年2月18日出世在倫敦的普萊斯提亞宮，她是英王亨利八世的他的第壹任妻子阿拉貢的凱瑟琳唯壹幸存的的孩子。她母親凱瑟琳王後在瑪麗出生以前曾多次流產，壹名女嬰早夭，三名男嬰夭折。
瑪麗出生後三天進行施洗禮，在格林尼治教堂接受天主教的受洗。她的教父教母包括她的姑婆德文伯爵夫人，紅衣主教托馬斯·沃爾西，諾福克公爵夫人。1520年，索爾茲伯裏伯爵夫人被任命為瑪麗的家庭教師，約翰·赫西是瑪麗的管家，他妻子安妮（肯特伯爵的女兒）是瑪麗的侍從之壹。
童年時的瑪麗是壹個體弱多病的孩子，患有眼疾，鼻竇有毛病，亦經常為頭痛所苦。
瑪麗的啟蒙教育來源於凱瑟琳王後，她是瑪麗的第壹位拉丁語老師。除此以外，瑪麗也學習希臘文、科學及音樂。1521年7月，瑪麗還不到5歲的瑪麗，已經能在王宮的賓客前演奏古鍵琴，因而深受亨利八世的寵愛。她9歲的時候，父親亨利八世賜予她威爾士女親王的稱號。在英國歷史中，這壹直是王儲的頭銜。盡管亨利十分疼愛瑪麗，他仍然因無男性後嗣而甚感失望。
1518年，在瑪麗2歲的時候，亨利八世為她與法國王太子，即法國國王弗朗索瓦壹世的兒子訂婚。但3年後，婚約宣告無效。1522年，她被安排與22歲的表哥，神聖羅馬帝國的查理五世締結婚約，可是數年後，查理五世與壹位葡萄牙公主結婚，瑪麗的婚事因而告吹。法國的弗朗索瓦壹世再度被視為瑪麗的訂婚對象，因兩人的婚事會促使兩國結成友邦。後來簽訂的婚約亦保證瑪麗會嫁給弗朗索瓦壹世或他的次子，奧爾良公爵亨利。但後來亨利八世的首席顧問沃爾西成功透過其他方法保存兩國的盟國關系，瑪麗的政治婚姻也失去其目的。婚事再次告吹。
1525年，亨利八世送瑪麗到威爾士邊界區管轄當地，當然這是名義上的。她有自己的宮殿，建在拉德羅城堡之上，她還擁有許多威爾士親王才有的皇室特權。維佛斯等人稱呼瑪麗為威爾士公主，盡管她從未受此封號。 隨著瑪麗的長大，她父母的婚姻逐漸陷入危機。由於沒有男性繼承人，亨利八世急於想要再娶壹個老婆。
1525年，亨利八世認定凱瑟琳不能為他生下男性繼承人，並且和女侍官安妮·博林（又稱安·波林）發生婚外情。亨利八世決心和凱瑟琳離婚，但凱瑟琳堅持認為自己是王後，拒絕與亨利八世離婚。於是亨利八世將凱瑟琳驅逐出宮。
1531年開始瑪麗經常由於月經不調和抑郁而生病，不過沒人知道生病的根本原因是什麽，是壓力，青春期還是頑疾並無定論。她不能見她已經被亨利驅逐出宮的母親。
1533年1月，亨利八世秘密與安妮·博林結婚，英國國會隨即立法脫離羅馬教廷，大主教克蘭麥接著宣布亨利與凱瑟琳的婚姻無效，與安妮·博林的婚姻合法。1533年6月1日，安妮·博林加冕為英格蘭王後。三個月後，她生下女兒伊麗莎白（後來的英王伊麗莎白壹世）。凱瑟琳被褫奪王後的稱號，並幽禁在壹個下等莊園裏，久病不愈。瑪麗也因此被貶為私生女，不被允許和母親見面。
1533年12月，瑪麗被命令成為同父異母妹妹伊麗莎白的女侍官。這段時期，瑪麗的身體仍然抱恙。
1534年春，亨利八世通過“王位繼承法”宣布凱瑟琳的女兒瑪麗乃是私生女。在各種場合，她的稱呼是“瑪麗·都鐸”小姐，而不是公主。父親對她百般排擠，她的侍女被撤換，然後她被驅逐出宮並軟禁，被剝奪了壹切稱號。但她還是倔強的稱自己為國王的合法的女兒，而不是什麽私生女。這使得亨利八世十分憤怒。他取消了女兒所有可能的親事，包括神聖羅馬帝國皇帝查理五世（他是瑪麗的表哥）和法國國王弗朗索瓦（他也是瑪麗的表哥）。
因此瑪麗頻繁的生病，連禦醫也“虐待”她。瑪麗和亨利八世的關系日益惡化，他們三年不曾說話。盡管瑪麗和她的母親都在病中，但她仍然不能去見自己的母親。1536年凱瑟琳病故之後，父親亨利壹直不批準瑪麗出席葬禮，瑪麗極為傷心。凱瑟琳被安葬在彼得伯勒大教堂，瑪麗隨後也在赫特福郡開始半隱居的生活。 1536年，亨利八世斬首了第二任王後安妮·博林，同壹名叫做珍·西摩的女侍官再婚。珍·西摩為亨利誕下王子愛德華（後來的愛德華六世），珍·西摩於產後不久死去。由於瑪麗答允當愛德華的教母，並出席及協助主持珍·西摩的喪禮，亨利八世便將瑪麗召回皇宮內居住，並且重新賜給瑪麗仆人 。瑪麗也沒有善待童年至少女時期的伊麗莎白，瑪麗更為安妮被處死壹事幸災樂禍，並稱安妮為女巫。 雖然安妮死去，但瑪麗和父親亨利的關系並沒有好轉。瑪麗嘗試透過承認父親英國國教會最高領袖的地位以取悅他。
1543年，亨利八世與第六位妻子凱瑟琳·帕爾結婚。在凱瑟琳·帕爾的勸解下，1544年，亨利通過第三次繼承法案，重新賦予瑪麗和伊麗莎白王位繼承權，位置在愛德華王子之後。但兩人仍然是法律上的私生女。
1547年，亨利八世去世，愛德華六世繼位。由於當時愛德華年紀尚幼，政權落在以新教徒為多的攝政議會中，這些新教徒嘗試使新教成為英格蘭的國教。瑪麗是壹名虔誠的天主教徒，宗教的差異是瑪麗和愛德華之間的爭執源頭。 1553年7月，在瑪麗的異母弟弟愛德華六世因肺病去世以後，瑪麗在英格蘭樞密院的支持下發動政變，囚禁了愛德華任命的繼承人簡·格雷郡主。
1553年10月1日，瑪麗正式加冕成為英格蘭的女王，是為瑪麗壹世。瑪麗壹世時期，英國恢復了天主教的統治地位，瑪麗壹世甚至坑殺了超過300個新教徒，得到了“血腥瑪麗”的稱號。
瑪麗加冕後，為了避免王位落入其信奉新教的妹妹伊麗莎白手中，她同意了與神聖羅馬帝國國王查理五世的兒子西班牙王子腓力（後來的腓力二世）的婚事。
1554年7月23日，兩人首次見面，兩天後便舉行婚禮。根據婚約內容，腓力得到英格蘭國王的稱號，所有文件必須同時有腓力及瑪麗二人的簽名，國會也只會同時聽命於兩人聯合的命令，甚至連貨幣上也同時雕有國王與女王的肖象。婚約也指明英國在西班牙有戰役的時候，沒有義務為西班牙提供任何軍事援助。
為了使腓力的頭銜可與瑪麗看齊，查理五世把那不勒斯及耶路撒冷的王位贈予腓力。瑪麗因而成為那不勒斯皇後及名義上的耶路撒冷王後。1556年，查理五世退位，腓力繼位，瑪麗則順理成章成為西班牙王後。
婚後，瑪麗壹世先後兩次出現假性懷孕，但終究她亦沒有誕下任何子女。
1558年11月17日，瑪麗壹世逝世。她的同父異母妹妹伊麗莎白繼位，是為伊麗莎白壹世。
雖然瑪麗壹世早已表明希望下葬於其母親凱瑟琳的墓旁，但是，1558年12月14日，她被埋於西敏寺的壹個墓內，伊麗莎白壹世死後亦同葬於此墓。