Mai Hoa bắt đầu sự nghiệp với Giải nhất cuộc thi Tiếng hát truyền hình Hà Nội năm 1996.[7]

Sau khi giành giải, Mai Hoa được Hội âm nhạc Hà Nội mời tham gia giao lưu với các nghệ sĩ Thành phố Hồ Chí Minh. Tại đây bà và nhạc sĩ Trọng Đài lần đầu được gặp nhau.[8]

Lần đầu Mai Hoa thể hiện một ca khúc nhạc phim là năm 2000 với bộ phim Làm mẹ với ca khúc cùng tên. Lúc này Trọng Đài đang tìm kiếm giọng ca thay thế cho một ca sĩ đã được chọn trước đó.[2][9] Năm 2002, sự thành công của bộ phim truyền hình Đất và người giúp Mai Hoa được khán giả biết đến với ca khúc cùng tên với bộ phim, do nhạc sĩ Trọng Đài sáng tác.[10]

Năm 2005, Mai Hoa bất ngờ được chọn đóng vai nữ chính (Tám) trong phim truyền hình Hương Đất. Khi đạo diễn Trần Quốc Trọng tìm kiếm người thay thế diễn viên Thu Hà - lựa chọn đầu tiên của ông cho nhân vật Tám - ông tình cờ xem được chương trình "Giới thiệu giọng hát Mai Hoa, Ánh Tuyết” trên truyền hình và nảy lửa ý tưởng chọn Mai Hoa.[11][12] Tháng 12 cùng năm, Mai Hoa phát hành album đầu tay cũng có tựa đề Hương Đất; album gồm 8 ca khúc được nhạc sĩ Trọng Đài viết cho các bộ phim truyền hình khá thành công như: Đất và người, Đường đời, Chuyện phố phường, Mùa lá rụng, Ca sĩ, Hương đất, Giá một lần….[7][13]

Năm 2007, Mai Hoa được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ ưu tú.[13]

Năm 2010, Mai Hoa tham gia bộ phim Bí thư Tỉnh ủy với cả vai trò diễn viên, người sáng tác và thể hiện ca khúc chủ đề.[10][12] Năm 2011, bà ra album phòng thu thứ ba với tựa đề Dương cầm, album với các ca khúc tiền chiến được phối khí bởi nhạc sĩ Doãn Nguyên và nhạc sĩ Đức Minh.[12]

Năm 2018, Mai Hoa ra mắt MV Đất và người, đồng thời được VTC tổ chức liveshow riêng với tên gọi "Mai Hoa - Thanh âm những nốt trầm”. Sau đó, bá phát hành hai album CD "Mùa thu vàng" và "Những ngày ta bên nhau".[6][14]