Maria Kazimiera przyszła na świat rodzinie Henryka de la Grange, markiza d’Arquien, i Franciszki de la Châtre. Data i miejsce urodzenia królowej budzą wątpliwości. Autor jej najlepszej biografii – Michał Komaszyński – przyjął, że Maria Kazimiera urodziła się w 1641 r., a dokładną datę – 28 czerwca 1641 r. – podawał w swoich zapiskach królewicz Jakub, jednak nie można jej uznać za bezsprzecznie wiarygodną, gdyż nie potwierdzali jej ani królowa, ani jej ojciec. W 1646 r. wyjeżdżająca do Polski Ludwika Maria zabrała dziewczynkę ze sobą, chcąc ulżyć trudnej sytuacji materialnej jej rodziców, mających jeszcze kilkoro innych dzieci. Jakiś czas później Maria Kazimiera wróciła do Francji, gdzie ukończyła szkołę klasztorną.
Na dworze polskim pojawiła się ponownie jako nastolatka, święcąc tryumfy dzięki swej wielkiej urodzie. Ludwika Maria pragnęła zapewnić pięknej wychowanicy świetną przyszłość i wydała ją za mąż za niezmiernie bogatego Jana Zamoyskiego, wnuka kanclerza wielkiego. W czasie potopu magnat ten zachowywał niezależność, zarówno od Jana Kazimierza, jak i Karola X Gustawa, królowa postanowiła więc nie dopuścić, by związał się on ze Szwedami. Mimo swoich dobrych chęci, o czym wydaje się świadczyć jej korespondencja, Maria Kazimiera nie zdołała zbliżyć się do męża i nie znalazła szczęścia w małżeństwie. Nudziła się w Zamościu, gdzie, zgodnie z życzeniem małżonka, powinna była mieszkać, również podczas jego częstych nieobecności.
Poszukująca rozrywki i pociechy emocjonalnej Maria Kazimiera zbliżyła się do Jana Sobieskiego, który poznał ją wcześniej na dworze i ponoć pokochał od pierwszego wejrzenia (choć wiele wskazuje na to, że to tyleż piękna, co legendarna wersja wydarzeń). Z nielicznych przekazów wynika, że początki jego bliższej znajomości z panią Zamoyską były dość burzliwe i mniej romantyczne. Niemniej pierwsze trudności zostały pokonane i uczucia tej pary pogłębiały się, aż w pewnym momencie obok zauroczenia pojawiła się także miłość. W 1661 r. Jan Sobieski zadeklarował, że nie poślubi innej kobiety, i para zaczęła snuć marzenia o wspólnej przyszłości. Ze źródeł wynika, że Maria Kazimiera starała się zachować ostrożność, gdyż to ona była związana ślubami małżeńskimi. Sposobem na uniknięcie kłopotów były chyba jej wyjazdy do Francji, gdzie znajdowała oparcie w rodzinie.
Wiosną 1665 r. dość nieoczekiwanie Zamoyski zmarł. Działania zarówno Marii Kazimiery, jak i Jana Sobieskiego w tej sytuacji nie były całkiem jednoznaczne i wciąż budzą wątpliwości badaczy, co do szczerości ich postępowania. Niemniej do ich małżeństwa doszło, a nawet zawarli podwójny ślub, najpierw potajemny, a potem uroczysty, co wzbudziło falę plotek i niezadowolenia, gdyż Maria Kazimiera nie dotrzymała rocznego terminu żałoby. Jan Sobieski był w owym czasie koniecznie potrzebny dworowi; otrzymał też wysokie urzędy.
Jakiś czas po ślubie Maria Kazimiera wyjechała do Francji, by ratować swoje zdrowie i ciążę. Pobyt nad Sekwaną przyniósł poprawę jej samopoczucia, odnieść można nawet wrażenie, że w miarę upływu lat chorowała mniej niż za młodu. Urodzony wówczas syn Jakub był najzdrowszym i najdłużej żyjącym dzieckiem królewskiej pary. Rozłąki Sobieskich, spowodowane zarówno wyjazdami Marii Kazimiery – do Francji pojechała jeszcze raz, podróżowała też sporo po Polsce, kontrolując majątki męża – jaki i obowiązkami, które odrywały Jana Sobieskiego od żony, przyniosły owoc w postaci obfitej korespondencji małżonków. Zachowały się jedynie takie listy męża, w których dawał on wyraz swej głębokiej miłości, tęsknocie, a zdarzało mu się wśród kipiących emocji oskarżać żonę o brak wzajemności, co dało badaczom okazję do nakreślenia obrazu Marii Kazimiery jako kobiety zimnej i manipulującej Sobieskim. W istocie wnikliwie prześledzona korespondencja, przekazy z dworu oraz zachowane listy Marii Kazimiery do męża i osób trzecich nie potwierdzają takiej wizji. Jeżeli nie była zdolna do egzaltacji widocznej u jej męża, to nie było w niej również tej miary egotyzmu, który dostrzec można u Sobieskiego.
Maria Kazimiera była ze swoim drugim mężem kilkanaście razy w ciąży – urodziło się im siedmioro dzieci, z których czworo dożyło dorosłości. Były one przedmiotem zachwytów ojca, o czym świadczy jego korespondencja, ale także ciągłej troski matki. Jej zabiegi o korzystne małżeństwa dla potomstwa dwukrotnie uwieńczone zostały sukcesem – Jakub i Teresa Kunegunda poślubili osoby stosowne do ich rangi, wywodzące się z rodzin książęcych. Nie zdążyła Maria Kazimiera ożenić młodszych synów przed śmiercią męża, ale później starała się znaleźć im odpowiednie partie. Pragnieniem królowej były także świetne małżeństwa jej wnuczek, które chciała zobaczyć na europejskich tronach. Do końca życia głównym celem jej aktywności było zabezpieczenie przyszłości całej rodziny. Wielce bolała, że tak sławne i mocno zasłużone nazwisko Jana III zejdzie bezpotomnie. Nigdy jednak nie zarzuciła swej synowej, małżonce Jakuba, że nie urodziła mu zdrowego syna.
Po elekcji Jana Sobieskiego próbowano nie dopuścić do koronacji Marii Kazimiery, jednak w lutym 1676 r. oboje małżonkowie zostali ukoronowani. Wciąż nie jest jasne, jaki był udział królowej w polityce jej małżonka. Wydaje się, że para konsultowała cele i działania, a Maria Kazimiera była podporą Jana III. Z czasem, już po śmierci małżonka, królowa była chyba skłonna przypisać sobie nieco więcej wpływu, niż mogła go w rzeczywistości mieć. Próbowała w ten sposób podtrzymać własną pozycję i wciąż działać na rzecz synów. Zwykle uznaje się jej przemożny wpływ na politykę polską pod koniec życia Jana III, mówiąc nawet o regencji Marii Kazimiery. Tymczasem uznać można, że schorowany i zrezygnowany po klęskach w Mołdawii, znękany działaniami opozycji król ograniczył swą aktywność. Po napięciach oraz nagłych, choć jak najbardziej uzasadnionych politycznie, zwrotach, a zwłaszcza sukcesach z pierwszej części panowania, późne lata Sobieskiego są nie tylko spokojniejsze, ale przede wszystkim obarczone porażkami. Odnieść można wrażenie, że również dlatego, by zdjąć odpowiedzialność za te trudności z Jana III, doszukiwano się większych niż przedtem wpływów monarchini na działania małżonka. Maria Kazimiera bywa porównywana z Ludwiką Marią, a obie królowe Francuzki oskarżane są o dużą, nawet nadmierną aktywność, często uznawaną za szkodliwą dla Polski.
Bez wątpienia przez całe panowanie oboje małżonkowie Sobiescy marzyli o zdobyciu tronu dla swego syna Jakuba. Źródła nie potwierdzają stawianych królowej zarzutów, iż marzyła o wyniesieniu raczej Aleksandra. Natomiast niezmiernie energiczne zabiegi podejmowane przez Sobieskich w kraju i za granicą sugerują, że niemal od początku mieli poważne wątpliwości dotyczące tego, czy zdołają zapewnić synowi sukces elekcyjny.
Maria Kazimiera była opiekunką swej rodziny. Jeszcze za życia Jana Zamoyskiego sprowadziła do Polski swego brata, hrabiego de Maligny, pragnąc zadbać o jego karierę wojskową. Spotkała się jednak z niechęcią pierwszego małżonka. Natomiast Jan Sobieski starał się pomóc szwagrowi, wiedząc, że sprawi tym przyjemność żonie. Odtąd hrabia towarzyszył mu w wyprawach militarnych. Gdy Sobiescy zasiedli na tronie polskim, Maria Kazimiera sprowadziła nad Wisłę swą siostrę Mariannę, którą wydała za mąż za Jana Wielopolskiego, przyszłego kanclerza wielkiego koronnego. Przybyła tu także druga siostra królowej – Maria Ludwika. Była ona żoną markiza de Béthune, przedstawiciela Ludwika XIV w Polsce. Maria Kazimiera zadbała o korzystne małżeństwa dwóch córek tej pary. Na dwór Jana III przybył także Henryk de la Grange, markiz d’Arquien. Królowej stawiano później zarzuty, że otaczała się rodziną i bardziej dbała o jej los niż o własne dzieci, co jednak nie znajduje potwierdzenia w źródłach. Jedna z najpopularniejszych legend związanych z królową mówi, że dla kaprysu, z zemsty na Ludwiku XIV, który nie chciał uczynić jej ojca księciem i parem, skłoniła Jana III do zerwania z Francją i zawarcia sojuszu z cesarzem, podczas gdy przemawiała za tą decyzją sytuacja polityczna, zagrożenie tureckie, a także interesy dynastyczne Sobieskich.
Z inspiracji Marii Kazimiery na dworze Sobieskich rozwijał się teatr. Królowa nawiązywała do tradycji Wazów, opiekując się trupami włoskimi, które przy ważnych dla dworu uroczystościach wystawiały przedstawienia muzyczne. W otoczeniu monarchini grano również sztuki francuskie autorstwa najlepszych dramatopisarzy. Brali w nich udział dworzanie i damy dworu. Sceną bywał ogród jaworowski, a wielką wagę przywiązywano do kostiumów, królowa miała pożyczać aktorom nawet własne klejnoty. W sztukach tych brały również udział dzieci Sobieskich, idąc w ślady matki, która niegdyś, jako dwórka Ludwiki Marii, występowała w organizowanych na jej dworze przedstawieniach.
W ostatnich latach życia Jana III królowa szukała lekarstwa na jego liczne dolegliwości. Wierzyła, że pomogą mu wody lecznicze, i rozważała wyjazd do Bourbon lub Akwizgranu, słynących ze swych źródeł. Maria Kazimiera czuwała również przy chorym i obolałym małżonku, kazała sobie rozkładać łóżko polowe w jego sypialni, spędzała tam noce, często sama nie śpiąc. Sama też gotowała mężowi buliony, które miały go wzmocnić.
Po śmierci Jana III, mimo początkowego napięcia, które ujawniło się pomiędzy nią a najstarszym synem, przystąpiła do aktywnej działalności, by zapewnić mu sukces elekcyjny. Przez jakiś czas sądziła, że większą szansę na zdobycie korony ma jej zięć Maksymilian Emanuel, ale odrzucił on propozycję teściowej, gdyż nie chciał kandydować w Polsce.
Po przegranej elekcji Maria Kazimiera próbowała poprawnie ułożyć stosunki swej rodziny z Augustem II, ale okazało się, że nie ma już dla Sobieskich miejsca na królewskim dworze. Wówczas monarchini podjęła decyzję, że wyjedzie z Polski. Postanowiła odwiedzić Rzym (z taką myślą nosiła się już w czasie bezkrólewia), a swój dom ofiarowywał jej wówczas bratanek papieża don Livio Odescalchi. Pod pretekstem pielgrzymki z okazji roku jubileuszowego, za wymaganą zgodą monarchy, królowa wyjechała już w 1698 r. Zabrała ze sobą swego ojca, wciąż dziarskiego, choć niemal dziewięćdziesięcioletniego staruszka, któremu jeszcze za życia Jana III za staraniem córki nadano kapelusz kardynalski. Monarchini towarzyszyła w tej podróży również najstarsza, ukochana wnuczka Maria Kazimiera. Pozostała ona u boku babki aż do jej śmierci. Królowa wiele lat zabiegała o świetne małżeństwo dla wnuczki, między innymi wchodząc w układy z wygnanymi z Anglii Stuartami. W pewnej chwili o przyszłość tej panny troszczyć się zaczął sam papież.
Podróż Marii Kazimiery i jej orszaku przez ziemie włoskie okazała się ogromnym sukcesem. Witano ją niezmiernie uroczyście, składając hołdy w podziękowaniu za ratunek chrześcijaństwa i Europy, który zawdzięczano Janowi III. Po przyjeździe do Rzymu królowa cieszyła się wielką popularnością i przyjmowała oznaki czci. Kardynałowie zatrzymywali swe pojazdy, ustępując miejsca jej karetom, podczas spotkań zdejmowali kapelusze. Monarchini z wnuczką na kolanach zasiadała przed Jego Świątobliwością podczas oficjalnych audiencji. W rocznicę zwycięstwa pod Wiedniem odprawiano na zamówienie królowej nabożeństwa za Polaków poległych w tej bitwie. Tego dnia iluminowano plac Trójcy Świętej, a uczestnicy uroczystości występowali w strojach sarmacko-orientalnych, budząc zainteresowanie widzów. Takie stroje zresztą nosiła nawet na co dzień służba Marii Kazimiery. Na Kapitolu umieszczono popiersie królowej i wmurowano pamiątkową tablicę, mające zastąpić pomnik Jana III, o którego wystawienie monarchini starała się bezskutecznie. Na zamówienie Marii Kazimiery energicznie podtrzymującej pamięć 1683 r. powstawały panegiryki i przedstawienia poświęcone sukcesowi wiedeńskiemu.
Maria Kazimiera, wzorem królowej Krystyny, chciała się stać opiekunką sztuki. Dawną namiętnością Marii Kazimiery był teatr. Początkowo występy miały stanowić wprowadzenie do balów odbywających się w pałacu zajmowanym przez Sobieską. Od 1704 r. sekretarz królowej Carlo Sigismondo Capece przygotowywał przedstawienia muzyczne. Później funkcjonował tak zwany piccolo teatro oparty na folklorze ulicznym. Na przełomie lat 1709 i 1710 teatr królowej ruszył pełną parą dzięki zainteresowaniu królewicza Aleksandra. Scena Sobieskich wzbudzała sensację, jako że sztuki wystawiano tam także poza sezonem. Wzbudzało to niezadowolenie władz, bowiem papież starał się kontrolować rozwój teatru, niejednokrotnie przez zakaz wystawiania sztuk, ale królowa nie zawsze stosowała się do decyzji Jego Świątobliwości. Natomiast mocno przejmowała się swoją sceną i nie ukrywała, że rywalizuje z teatrem funkcjonującym u kardynała Pietro Ottoboniego. Podkreślała również, że choć, jej zdaniem, w Wenecji dysponowano wspanialszą maszynerią, przedstawienia w jej pałacu były jednak bardziej wysmakowane, a także bardziej popularne. Nie przystała też na pomysł sprzedaży biletów, a zrodził się on, zdaje się, z powodu kłopotów finansowych, w jakich znaleźli się Sobiescy. Była to myśl nieobca ówczesnej scenie. Ponadto królowa została honorowym członkiem rzymskiej Arkadii jako Amirisca Telea. Jej mecenat był cennym wkładem w prace tej instytucji.
W dalekiej Italii nie zapomniała Maria Kazimiera o Polsce. Wciąż interesowała się sytuacją w kraju. Po wybuchu wojny północnej ubolewała nad jego losem i zniszczeniami, jakie niosły ze sobą przemarsze obcych wojsk. Rzecz jasna zachwycił ją projekt obioru na tron Jakuba. Próbowała podpowiadać synom, jak powinni postępować, by osiągnąć sukces. W jakiś czas potem podjęła korespondencję z Karolem XII. Cieszyła się niezmiernie na myśl o wyniesieniu, jakie spotka jej syna, i powrocie rodziny do władzy.
Informacja o aresztowaniu królewiczów była dla niej ogromnym wstrząsem. Natychmiast rozpoczęła starania o pomoc papieża w uwolnieniu królewiczów; zwracała się również do Ludwika XIV i Leopolda I, a zwłaszcza cesarzowej Eleonory. Gotowa była nawet udać się na Śląsk, by być bliżej uwięzionych i służyć im pomocą, ale otrzymała zakaz wjazdu na ziemie Habsburgów. Gdy nie znalazła pomocy w Rzymie – kuria rzymska nie chciała się narażać Augustowi II, niedawno pozyskanemu neoficie – postanowiła szkodzić królowi na terenie Wiecznego Miasta. Nieustannie podkreślała, jak bardzo Polska cierpi pod jego rządami, i wskazywała na szkodliwe dla kraju i katolicyzmu postępowanie władcy.
Bezpośrednio po aresztowaniu synów królowa sądziła, że drogą do ich uwolnienia będzie koronacja Aleksandra, a gdy poinformował on ją o odrzuceniu władzy, czyniła mu gorzkie wyrzuty, uznając, że w ten sposób Sobiescy na zawsze utracili szanse na powrót na tron. Zapewne jednak wiedziała o zobowiązaniu Leszczyńskiego, że zwróci koronę Jakubowi. Po wyjściu królewiczów na wolność miała mu za złe, że nie wypełnił tej obietnicy.
Uwolnionych synów chciała koniecznie zobaczyć i zapraszała do Rzymu. Wraz z wnuczką przygotowywały nawet specjalne przedstawienie na ich powitanie. Pragnęła również, by wspólnie, całą rodziną, udali się na pielgrzymkę do Loreto, którą ślubowała w trakcie pobytu królewiczów w więzieniu. Przyzywała ich także, obawiając się ich ponownego aresztowania. Była przekonana, że jako potencjalni kandydaci do tronu, bez względu na ich osobiste nastawienie i działania, są wciąż w niebezpieczeństwie.
Stęskniona za dziećmi królowa pojechała do Wenecji na spotkanie z odseparowaną od męża Teresą Kunegundą. Stosunki między matką a córką nigdy nie były bliskie. Również po latach rozłąki panie nie umiały znaleźć drogi do zbliżenia. Rozczarowana Maria Kazimiera powróciła do Rzymu i bez skutku zapraszała tam córkę, której nie wolno było wrócić do Bawarii.
Wśród smutków i nieszczęść, borykająca się z kłopotami finansowymi, coraz mniej zauważana i honorowana w Rzymie królowa zaczęła marzyć o wyjeździe. Zwróciła się do Ludwika XIV o zezwolenie na powrót do Francji. Zgodę otrzymała w 1714 r. i natychmiast zaczęła przygotowywać się do wyjazdu. Wierzyła, że powietrze stron rodzinnych przywróci jej zdrowie, ale pragnęła także odwiedzić Wersal i spotkać się z francuskim monarchą. W realizacji tych planów przeszkodziło jej słabe zdrowie i śmierć króla. Natomiast odwiedził ją zięć Maksymilian Emanuel, z którym długie lata korespondowała.
Maria Kazimiera zmarła w Blois 30 stycznia 1716 r. Zadanie zabezpieczenia ciała i rozwiązania niewielkiego dworu spadło na jej wnuczkę. W swoim testamencie królowa wyraziła życzenie, by spocząć u boku małżonka, ale decyzję w tej sprawie pozostawiała dzieciom. To Jakub postanowił, że bez względu na koszty jej prośbie stanie się zadość. Ponieważ królowa miała spore długi, wierzyciele starali się nie dopuścić do wywiezienia jej zwłok z Francji, sądząc, że zmusi to królewiczów do uiszczenia zobowiązań. Jednak niezmiernie pomysłowi wysłannicy z Oławy przemycili ciało monarchini i dostarczyli do kościoła Kapucynów, gdzie spoczywali Jan III oraz syn królewicza Jakuba. W 1734 r., zgodnie z polską tradycją, według której pogrzeb poprzednika odbywał się tuż przed koronacją nowego władcy, zwłoki trojga Sobieskich oraz Augusta II w wystawnym orszaku przetransportowano do Krakowa i złożono w kryptach katedry wawelskiej. Był to ostatni pogrzeb królewski w historii Rzeczypospolitej.
