17 października 1837 roku wyszła za księcia Aleksandra Wirtemberskiego, syna księcia Aleksandra i Antoniny Fryderyki Sachsen-Saalfeld-Coburg. Małżeństwo obniżyło status Marii, bo Aleksander był jedynie członkiem młodszej gałęzi niemieckiego rodu książęcego, ale był za to bratankiem króla Fryderyka I Wirtemberskiego i siostrzeńcem króla Leopolda I Belgijskiego. Ślub odbył się w Wersalskim Grand Trianon. Ślubu cywilnego udzielił parze Étienne-Denis Pasquier, kościelnego zaś – Louis-Marie-Edmond Blanquart de Bailleul, biskup Wersalu i luterański pastor Cuvier. Przez następne dni trwało przyjęcie, które gospodarzami byli król i królowa Francuzów. Para miała jednego syna: Filipa Wirtemberskiego.
Maria była utalentowaną artystką i uczennicą Ary’ego Scheffera. Do dzisiaj przetrwało wiele jej rysunków i rzeźb, znajdują się one w muzeum w Dordrecht, w Holandii. Jesienią 1838 roku Maria wraz z synem wyjechała do Włoch mając nadzieję, że klimat pomoże jej walczyć z gruźlicą. Jej rodzice wysłali po nią jej brata Ludwika Karola, księcia Nemours, który jednak przybył do Pizy tuż przed jej śmiercią.