Marie Petiot passe son Bac Littéraire dans le Cantal et se passionne pour le théâtre. À 18 ans, elle monte à Paris et se forme au Cours Florent pendant trois ans dans le cursus classique, avant d’intégrer la promotion 33 de la Classe libre en 2012. La même année, elle participe et gagne le Prix Olga Horstig, qui lui permet de se faire repérer par un agent. Elle commence ensuite à tourner, notamment pour la télévision (Mes Chers Disparus, Ligne de Mire, Les Mystères de l'Ile ou, plus récemment, Poulets Grillés) et le cinéma (Marie Francine de Valérie Lemercier, La Fine Fleur de Pierre Pinaud, Presque d’Alexande Jolien et Bernard Campan...). Elle fut l’un des rôles principaux dans deux séries OCS : Hollyweed d’Arthur Benzaquen et Vingt-cinq de Brian Marciano. On peut la voir aussi dans Hippocrate, série Canal + de Thomas Litli. Elle joue également sur les planches. En 2013 au théâtre de la Madeleine aux côtés d’Agnès Jaoui dans Les Uns sur les Autres de Léonore Confino, mis en scène par Catherine Schaub. Entre 2016 à 2020 dans Logimperturbabledufou, création de Zabou Breitman, au Théâtre des Halles à Avignon, au Théâtre du Rond-Point à Paris et en tournée dans le monde entier. Ainsi que dans After the End, de Dennis Kelly, mis en scène par Antonin Chalon en 2019 à la Manufacture d’Avignon, puis en tournée. Elle est actuellement en tournée avec Jo et Léo, une pièce de Julie Ménard particulièrement destinée aux ados.