Мария Виноградова родилась 13 июля 1922 года в городе Наволоки Ивановской области.

Мария Виноградова впервые снялась в кино в 1940 году на студии «Союздетфильм», в 1943 году она окончила актерский факультет ВГИКа, с 1945 года стала актрисой Театра-студии киноактера, где сыграла множество ролей подростков, самым знаменитым из которых стал Звездный мальчик, а с 1949-го по 1952-й год работала в труппе Драматического театра советских войск в Германии.

Мария Сергеевна сыграла около 100 ролей в кино. Она была одинаково хорошо востребована и в советский, и в постсоветский периоды отечественного кинематографа. Ее можно было увидеть в образах всевозможных уборщиц и домработниц, кастелянш и контролерш, деревенских теток и городских старушек. При этом роли и титулы, достойные ее таланта, часто обходили стороной Виноградову. «Самая народная незаслуженная артистка» - так называли режиссеры Марию Виноградову до того, как она получила свое первое и единственное звание Заслуженной артистки РСФСР.

Виноградова снималась у Шукшина в «Калине красной», у Тодоровского в «Интердевочке», у Кончаловского в «Ближнем круге», у Рязанова в «Гараже».

Последней работой актрисы в кино была Аннушка в экранизации «Мастера и Маргариты» Юрия Кары. Но самой неожиданной ролью Виноградовой стала высокомерная кокетка Марго в фильме Николая Губенко «Из жизни отдыхающих». «Отчасти это был выбор отчаяния, - рассказывал режиссер. - Сначала на Марго я пригласил Галину Волчек. Согласитесь, несопоставимые фигуры - и по темпераменту, и по фактуре. Но Волчек долго не приезжала на съемки, а потом дала на всё три дня. И нам пришлось отказываться от ее услуг и тут же вызывать Мусю. Внешне она, конечно, была совсем другой, но сделала именно то, что я и задумал. И оказалась даже точнее с точки зрения социальной принадлежности образа. Муся была очень образованной, начитанной, она интересно мыслила и анализировала. Ее можно было использовать шире, но как бывает в кино: попадаешь в обойму характерных актеров - и тебя в этом качестве так и используют».

Актрису часто приглашали дублировать иностранных актрис. Мария Виноградова озвучивала фильмы с участием Одри Хепберн Джины Лоллобриджиды и Софико Чиаурели. Всего на ее счету было около 200 дублированных ролей. Она могла отстоять у микрофона по 10-12 часов в сутки. За один вечер Мария Виноградова могла выучить роль на английском языке, совсем не зная его. Ее учитель Лев Кулешов еще во ВГИКе говорил: «Муха, у тебя голос героини, и это твоя трагедия».

Мария Сергеевна была очень востребована в мультипликации. Она была любимой актрисой мультипликаторов: ее голосом было озвучено около 300 персонажей. «Мария Сергеевна, Муся, Муха… Как мы ее любили! - рассказывала народная артистка СССР Лидия Смирнова. - Это не человек, это вихрь, темперамент. В ней все кипело, она вечно куда-то мчалась: съемки, концерты. На репетициях я не помню, чтобы она стояла или сидела, она все время была в движении. Как удачно пристало к ней прозвище Муха! Она украшала своим талантом любой проходной эпизод, потому что много фантазировала и привносила от себя. И, как никто, умела дружить. В театре не было человека, который бы ее не любил. Мария Сергеевна не была красивой, но в ней было столько обаяния, что она казалась красавицей».

Мария Виноградова озвучила роли в мультфильмах «Маугли», «Приключения Незнайки», «Ежик в тумане», «Конек-Горбунок», «Трое из Простоквашино», «Наследство волшебника Бахрама» и многих других проектах. Юрий Норштейн рассказал о своей работе с Марией Сергеевной: «На роль Ежика мы пробовали многих, и все отметались. Я не хотел брать и Виноградову - не потому, что мне не нравился ее голос, он очень хорош, но уже был заезжен везде и всюду. Пришла Муся: «Так, что записать?» Я дал ей текст - несколько строк. Она удивилась: «Как, всего-то? Ну это я мигом! Где микрофон?» И тут я сказал: «Так не надо, давайте по-другому. Здесь иная интонация, настроение». И пошла работа! Она сама заинтересовалась. Она поняла, что разговор серьезный. И эта крохотная роль стала знаковой. Позже Муся мне сказала: «Юра, теперь, когда я выступаю перед зрителями, всегда говорю: «Я Ежик в тумане». А казалось бы, сколько у нее там реплик? Наверное, за рубежом ее бы раскрутили так, что эта маленькая женщина снималась бы в игровом кино безостановочно. Муся Виноградова не выработалась в меру, которая была ей отпущена природой».

Когда летом 1995 года Мария Сергеевна умерла, многие не поверили. У тех, кто видел ее за два дня до этого на «Мосфильме», в голове не укладывалось: «Как? Муха? Не может быть». Она могла три дня пролежать в постели, а на четвертый упорхнуть на съемки, и никто подумать не мог, что еще вчера ей было очень плохо. Известие о ее смерти выглядело совершенно неправдоподобной.