Có những sự kiện dẫn đến sự sắp xếp cuộc hôn phối giữa Maria Antonia với Trữ quân của Vương quốc Pháp, khởi đầu từ năm 1765 khi cha của bà là Hoàng đế Francis I băng hà vì một cơn đột quỵ, để lại Hoàng hậu Maria Theresa đồng trị vì với con trai và là người kế vị, Hoàng đế Joseph II[18]. Vào thời điểm ấy, chị của Maria Antonia, tức Nữ Đại Công tước Maria Josephe Antoine đã được sắp xếp để kết hôn với Ferdinand của Naples, một người chị khác cũng dự định kết hôn với Don Ferdinand của Parma. Mục đích của những cuộc hôn phối này là để gắn kết một liên minh đa dạng và phức tạp mà Maria Theresa đã tham gia từ thập niên 1750 do Cuộc chiến Bảy năm trong đó có Parma, Napoli, Nga, và kẻ thù truyền thống của Áo, nước Pháp.[19] Nếu không có Chiến tranh Bảy năm, có lẽ đã không có cuộc hôn nhân giữa Maria Antonia và Louis-Agustus, Trữ quân nước Pháp (Louis-Agustus, Dauphin of France)[17].

Năm 1769, bùng nổ bệnh dịch đậu mùa, Maria Antonia sống sót và được miễn dịch nhưng chị của bà, Maria Josephe Antoine, chết trong cơn dịch và lây nhiễm cho Hoàng hậu Maria Theresa, bà thoát chết nhưng bị di chứng đến cuối đời. Hai ngày sau, một người chị khác của cô, Nữ Đại Công tước Maria Josepha, phát bệnh rồi qua đời. Trước đó, trong năm 1761 và 1762, anh trai Charles Joseph, và chị Maria Johanna của bà cũng mất vì mắc bệnh đậu mùa. Như vậy, cô gái 12 tuổi Maria Antonia trở thành người duy nhất trong Vương tộc Harsburg có thể kết hôn với Louis-Auguste 14 tuổi. Sau những cuộc đàm phán bền bỉ giữa hai chính phủ Pháp và Áo, hồi môn của cô dâu được xác định là 200.000 crown; theo thông lệ, những bức chân dung và nhẫn được trao đổi giữa hai bên.[20] Ngày 19 tháng 4, khi vừa 14 tuổi, Maria Antoinia kết hôn khiếm diện tại Nhà thờ dòng Augustine, Vienna. Từ đó đến trước khi làm Vương hậu, bà được chính thức gọi là Marie Antoinette, Trữ phi nước Pháp[21].

Hôn lễ cử hành ngày 16 tháng 5 năm 1770, tại Điện Versailles.[22] Theo thông lệ, hai người phải động phòng ngay trong đêm tân hôn,[23] nhưng điều này đã không xảy ra, gây tổn hại cho thanh danh của Louis-Augustus và Marie Antoinette trong suốt 7 năm kế tiếp.[24] Có những phản ứng trái chiều nhau đối với cuộc hôn nhân. Một mặt, Trữ phi Antoinette được dân chúng mến chuộng, lần xuất hiện đầu tiên của bà tại Điện Tuileries ngày 8 tháng 6 năm 1773 được nhiều người xem là một thành công vang dội. Với đôi mắt to, trong xanh, chiếc mũi nhỏ xinh xắn, đôi môi đỏ rực, tóc màu bạch kim và đôi má lúc nào cũng hây hây hồng, nhan sắc và phong cách của bà đã thu hút người dân Pháp. Tuy nhiên, trong triều đình Marie Antoinette không được yêu thích, nguyên do sâu xa là mối quan hệ căng thẳng kéo dài giữa hai nước Áo và Pháp.

Sau lưng, người ta gọi bà là [L’Autrichienne; Mụ người Áo]. Về sau, khi sắp bùng nổ cuộc cách mạng, biệt danh [L'Autrichienne] bị đổi thành [L'Autruchienne], một cách chơi chữ ghép hai từ "Autruche" (con đà điểu) và "Chienne" (chó cái).[25]. Trong triều đình Pháp thời gian này, Marie Antoinette nổi tiếng vì có mâu thuẫn khá lớn đối với Madame du Barry, người tình của Quốc vương Louis XV và có ảnh hưởng khá nổi bật trong triều đình.

Bên cạnh chuyện với Madame du Barry, Marie Antoinette còn phải đối phó với những lá thư giám sát của mẹ mình. Hoàng hậu Maria Theresa thường xuyên nhận báo cáo mật từ Mercy d’Argenteau về con gái, và bà thường nhắc nhở con gái phải cố gắng "khơi gợi" chuyện chăn gối với chồng mình, vì Louis hiếm khi gần gũi vợ mà dành nhiều thời gian cho những sở thích riêng như chế tạo khóa hoặc săn bắn. Kết hôn chính trị trong thời gian ấy của Châu Âu, điểm quan trọng nhất là phải sinh ra hậu duệ, để tương lai liên minh giữa hai chính phủ có người thừa kế. Cho nên có thể thấy, vào thời điểm đó Marie Antoinette vừa phải chịu sự trách mắng của mẹ ruột, vừa phải đối phó với lời bàn tán của triều đình Pháp, vừa phải suy nghĩ cũng như cố gắng để tình cảm vợ chồng cải thiện. Tuy nhiên, Louis hoàn toàn không hợp tác với Marie Antoinette.

Để bù đắp cho sự lạnh nhạt của chồng và những nhắc nhở liên tục của mẹ mình, Marie Antoinette bắt đầu dành nhiều thì giờ hơn cho bài bạc và mua sắm trang phục, chơi bài và cá cược đua ngựa, cũng như những chuyến đi vào thành phố với trang phục luôn thay đổi với giầy, sáp thơm bôi tóc, và phấn hồng.[26] Theo thông lệ, bà có thể tiêu nhiều tiền cho trang phục để nổi bật hơn những phụ nữ khác trong triều, và để trở nên một mẫu mực thời trang tại triều đình Versailles[27]. Ngày 27 tháng 4 năm 1774, một tuần lễ sau buổi ra mắt vở opera "Iphigénie en Aulide" của Gluck, nhân dịp này Antoinette được công nhận như là người đỡ đầu các môn nghệ thuật.

Ngày 10 tháng 5 năm 1774, lúc 3 giờ chiều, Quốc vương Louis XV qua đời ở tuổi 64 do bệnh đậu mùa[28]. Trữ quân của nước Pháp, Louis-Auguste lên nối ngôi, tức là Louis XVI của Pháp. Ông làm lễ đăng quang ngày 11 tháng 6 năm 1775 tại Đại giáo đường Rheims, cùng ngày đó Marie Antoinette trở thành Vương hậu của nước Pháp[27]. Phu nhân du Barry bị buộc rồi khỏi Versailles để đến một tu viện ở Paris, vĩnh viễn không được phép trở về Versailles nữa.