Мария Виноградова родилась 13 июля 1922 года в селе Наволоки, Иваново-Вознесенская губерния.
В 1943 году закончила актёрский факультет ВГИКа (мастерская Григория Рошаля) и стала актрисой киностудии «Союздетфильм», где начала сниматься ещё в 1940 году. В 1945-1949 и 1952-1991 годы - актриса Театра-студии киноактёра. В период с 1949 по 1952 год - актриса труппы драматического Театра группы советских войск в Германии.
Несмотря на то, что Виноградова много снималась в кино, с середины 1950-х годов её роли постепенно начали становиться второстепенными и эпизодичными. В то же время она начала сотрудничать с киностудией «Союзмультфильм», участвуя в озвучке или дубляже. Поскольку её основным театральным амплуа было травести, то чаще всего она озвучивала мальчиков.
Одна из самых занятых актрис советского и постсоветского кино - снялась более чем в ста кинофильмах (в основном - в эпизодических ролях), озвучила около трёхсот мультфильмов, принимала участие в дубляже зарубежных фильмов.
Скончалась в результате инсульта 2 июля 1995 года на 73-м году жизни в Москве. Похоронена на Хованском кладбище рядом с мужем - советским актёром Сергеем Головановым (1909-1990) (северная территория, участок № 214). Дочь Виноградовой, актриса Ольга Голованова (род. 26 февраля 1963), ныне продолжает дело матери, дублируя многие зарубежные фильмы и мультфильмы.