1740年1月12日,瑪麗亞 ·卡羅萊納在奧地利維也納的美泉宮出生。由於這對夫婦希望第三次懷孕能為哈布斯堡王國帶來一位男性繼承人,所以他們對瑪麗亞 ·卡羅萊納的性別感到失望。
她在出生的當天就接受了洗禮。八個月後的1740年10月20日,她的外祖父神聖羅馬帝國皇帝查理六世去世,她的母親繼承了奧地利和波西米亞的王位,長達八年的奧地利王位繼承戰爭也由此拉開序幕。
1741年1月24日,女大公突發重病並在第二天就去世了。從症狀上看她似乎死於天花,然而,女孩的屍體解剖並沒有發現她死亡的真正原因。她被葬在維也納的皇家墓穴 。