Мария родилась в Ла-Корунья — приморском городе на северо-западе Испании, в Галисии. Отец актрисы Сантьяго Касарес Кирога был министром внутренних дел при Второй Республике. В связи с политической карьерой отца семья переезжает в Мадрид, где Мария училась в Мадридском институте Эскуэла.
В 1936 году вместе с родителями эмигрировала во Францию, после вступления франкистских войск в столицу Испании.
Окончила драматическое отделение Парижской консерватории в 1942 году. В 1942-1952 годы — актриса театра "Матюрен". Дебютировала в пьесе Джона Синга "Дейрдре — дочь печалей", затем играла главные роли в пьесах Ибсена, Камю, Тургенева. В 1952-1954 годы — Мария Казарес работала в «Комеди Франсез», с 1954 года — актриса Национального народного театра в Париже.
Её первым фильмом стала культовая картина режиссёра Марселя Карне "Дети райка" (1944), в которой Казарес играла роль Натали. Актриса показала драму, способной на самопожертвование женщины, страдающей от безответной любви.
Значительные работы актрисы — гордая, неистовая в ненависти и любви, мстительная интриганка мадам Элен Ла Помере в ленте Робера Брессона "Дамы Булонского леса" (1945) и Джина Сансеверина в экранизация романа Стендаля "Пармская обитель" (1947, реж. Кристиан-Жак).
Роль Принцессы-Смерти в философском фильме Жана Кокто "Орфей" (1949), где актриса продемонстрировала совершенство пластики, жеста, богатый оттенками голос, контраст внешней сдержанности и внутренней эмоциональности — считается лучшей ролью Марии Казарес в кино.
В дальнейшем Мария Казарес снималась в большом кино изредка, всецело посвятив себя театру. С 1959 года играла, в основном, в игровых фильмах на ТВ: леди Макбет в фильме "Макбет" (1959), Агриппина в ленте "Британикус" (1977), Эси в "Пер Гюнте" (1981). Обладательница незабываемого голоса, Казарес часто озвучивала фильмы за кадром.
За роль вдовы в фильме "Чтица" (1988) Мария Казарес номинировалась на "Сезар" в 1989 году.
Играла в театрах Франции. После падения режима генерала Франко в 1976 году Мария Казарес с триумфом вернулась на театральные подмостки Испании. Вошла в историю мирового театра как великая трагическая актриса.
Последняя кинороль Марии Казарес — мать Алонсо в комедии Горана Паскалевича "Чужая Америка" (1996).
В 1980 году из печати вышли мемуары актрисы "Резидент с привилегиями".