Mariya Petrovykh sinh ở Norskii Posad, tỉnh Yaroslavl. Cậu ruột là giám mục giáo xứ Yaroslavl. Một người cậu khác cũng là giám mục và là nhà văn Thiên chúa giáo (nhiều lần bị chính quyền bắt và cuối cùng bị xử bắn trong cuộc Đại thanh trừng). Mariya Petrovykh biết làm thơ từ năm lên 6 tuổi. Từ năm 1922 lên sống ở thành phố Yaroslavl và thường xuyên tham dự các buổi sinh hoạt của các nhà văn địa phương. Năm 1925 lên Moskva học trường viết văn (cùng lớp với nhà thơ Arseny Alexandrovich Tarkovsky) và tốt nghiệp năm 1930 tại khoa Văn trường Đại học Tổng hợp Moskva (MGU).

Mariya Petrovykh làm quen với nhà thơ Boris Pasternak năm 1928, làm quen với Anna Akhmatova và Osip Emilyevich Mandelstam năm 1933. Anna Akhmatova gọi bài thơ Назначь мне свиданье на этом свете (Hãy hẹn gặp em ở trên cõi đời) là "một kiệt tác thơ trữ tình trong những năm gần đây" (шедевром лирики последних лет). Mặc dù vậy, khi còn sống bà rất ít in thơ của mình thành tập riêng. Duy nhất chỉ một lần vào năm 1968 in tập Дальнее дерево ở Yerevan.

Ngoài sáng tác thơ, Mariya Petrovykh còn dịch nhiều nhà thơ Armenia, Gruzia, Bulgaria, Ba Lan, Serbia, Séc, Do Thái, Ấn Độ… ra tiếng Nga. Năm 1970 được trao danh hiệu Nhà hoạt động Văn hóa của Armenia và đầu năm năm 1979 được tặng giải thưởng của Hội Nhà văn Armenia. Mariya Petrovykh mất ở Moskva.