Mária Franciska Erzsébet 1646. június 21-én született Párizsban. Apja Savoyai Károly Amadé, Nemours hercege, anyja pedig Bourbon-Vendôme Erzsébet, IV. Henrik francia király unokája volt. A házaspár öt gyermeke közül csak Mária és idősebb nővére érte meg a felnőttkort. Mária hatéves volt, amikor apja egy családi vita miatt párbajozott sógorával, François de Vendôme-mal. A mindössze 28 éves herceg életét vesztette, özvegye pedig később a Fontevraud-i apátságba vonult vissza. A két lányt hosszú időn át apácák nevelték. Bár egyszerű körülmények között éltek, jó oktatást kaptak, Mária pedig felnőttként verseket is írt. A család férfi örökös nélkül maradt, ezért a két lány házassága több európai udvar számára is politikai lehetőséget jelentett. Anyjuk azt szerette volna, ha legalább egyikük a Savoyai-ház magasabb rangú ágába kerül. A nővérek 1659-ben Savoyába utaztak, de a II. Károly Emánuel herceggel folytatott tárgyalások nem vezettek eredményre. Mária nővérének házassága szintén hamar kudarcba fulladt: férje, Lotaringiai Károly megtagadta a frigy elismerését, ezért azt érvénytelenítették. Mária számára is felmerült egy lotaringiai házasság lehetősége, de végül abból sem lett semmi.

Anyja 1664-es halála után Mária házasságának megszervezése dédnagybátyjára, César d’Estrées laoni püspökre maradt. Ő irányította rá a portugál udvar figyelmét a hercegnőre. Portugáliában ekkor VI. Alfonz uralkodott, aki tíz évvel trónra lépése után is nőtlen volt. A portugálok első választása nem Mária volt. Korábban XIV. Lajos unokatestvérét, Anne Marie Louise d’Orléans-t próbálták megnyerni a házasságnak, ő azonban visszautasította az ajánlatot. A további tárgyalások során került előtérbe Mária Franciska neve.

Mária hajóval érkezett Portugáliába, majd az alcântarai palotába kísérték, ahol VI. Alfonz várta. A pár még aznap összeházasodott Lisszabonban. A kortárs beszámolók rendszeresen kiemelték a fiatal királyné szépségét. Az esküvő azonban már az első este baljós fordulatot vett: egyes leírások szerint Alfonz a lakoma közben váratlanul magára hagyta feleségét.

Mária érkezésekor Portugália komoly politikai válsággal küzdött. VI. Alfonz egy gyermekkori betegség következtében részlegesen lebénult, kortársai pedig lobbanékony és kiszámíthatatlan emberként írták le. Anyja még fia felnőttkorában is régensként irányította az országot. A király állítólag napközben zajos játékokkal szórakozott, éjszakánként pedig részegen járta Lisszabon utcáit. Uralkodói feladataival keveset foglalkozott, miközben Portugália nemzetközi helyzete is meggyengült. A királyra Castelo Melhor grófja gyakorolta a legnagyobb befolyást. Ellenfelei Alfonz öccse, Dom Pedro, a későbbi II. Péter portugál király köré csoportosultak. A francia származású királyné hamarosan maga is belekeveredett a két tábor küzdelmébe. Mária eleinte jó kapcsolatot ápolt Castelo Melhor grófjával, később azonban részt akart venni az Államtanács ülésein, ahogy korábban az anyósa is tette. A gróf ezt nem támogatta, a királyné pedig egyre közelebb került Péterhez és annak híveihez. Későbbi történetek szerint Mária beleszeretett férje öccsébe. Pétert jóképű, karizmatikus és rátermett férfiként ábrázolták, akit rendszeresen szembeállítottak a beteg és uralkodásra alkalmatlannak tartott Alfonzzal. Nem lehet tudni, mennyi igazság volt a romantikus történetben, az viszont biztos, hogy Mária és Péter együttműködése fenyegetést jelentett Castelo Melhor hatalmára.

Mária egy idő után nyíltan beszélt boldogtalanságáról. Azt állította, hogy VI. Alfonz fizikai állapota miatt nem tudta elhálni a házasságot. Ez ellentmondott egy korábbi kijelentésének, amely szerint úgy érezte, hogy gyermeket vár, az ügy során azonban ez a részlet háttérbe szorult. A királyné azzal fenyegetőzött, hogy hozományával együtt visszatér Franciaországba. Ez súlyos csapást jelentett volna a portugál államnak, ezért a házasság sorsa gazdasági és diplomáciai kérdéssé is vált. 1667 szeptemberében Castelo Melhor grófját eltávolították a hatalomból. Két hónappal később Péter újabb palotaforradalmat hajtott végre, és átvette az ország tényleges irányítását. Alfonz névleg király maradt, de többé nem volt beleszólása Portugália vezetésébe.

Később sokan feltételezték, hogy Mária és Péter már a palotaforradalom előtt is szerelmi kapcsolatban állt egymással. A fennmaradt adatok alapján azonban erre nincs biztos bizonyíték. A királyné a hatalomváltás után is többször kijelentette, hogy vissza akar térni Franciaországba. Elképzelhető, hogy az új portugál vezetés gyakorolt rá nyomást, hogy maradjon az országban és menjen hozzá Péterhez. A frigy Portugáliának mindenképpen előnyös volt. Az állam megtarthatta Mária jelentős hozományát, és a Franciaországgal, valamint Savoyával kialakított kapcsolatokat sem veszítette el. Mária és Péter első gyermeke, Izabella Lujza 1669. január 6-án született meg. A lány világra jövetele politikailag is sokat jelentett, mivel Péter régensi hatalma továbbra is bizonytalan alapokon állt. Izabellára lehetséges trónörökösként hivatkozhatott. A párnak később nem született több gyermeke. Mária 1670-ben ismét teherbe esett, de elvetélt, és ezután már nem tudott újra gyermeket vállalni.

Mária életének későbbi éveiben sok energiát fordított lánya nevelésére és házasságának megszervezésére. Izabella számára az évek során mintegy tizenhét lehetséges férj neve merült fel. A kérők között francia, itáliai, bajor és német hercegek is szerepeltek. A legkomolyabb tárgyalások Savoyai Viktor Amadéval kezdődtek, aki Izabella unokatestvére volt. Az eljegyzési szertartást 1681 márciusában meg is tartották, a házasság azonban végül meghiúsult. A savoyai kormány attól tartott, hogy Viktor Amadénak Lisszabonba kellene költöznie, és a hercegség idővel portugál befolyás alá kerülne. Izabella soha nem ment férjhez, ezért később „örök menyasszonyként” emlegették.

Mária a házasságkötés után is részt vett a portugál politikában. Az 1670-es évek elején azért dolgozott, hogy a pápa elismerje második férjét Portugália törvényes uralkodójaként. A kérdés azért volt kényes, mert Spanyolország korábban több mint hatvan éven át uralta Portugáliát, és továbbra sem mondott le teljesen a területi igényeiről. VI. Alfonzt közben előbb az Azori-szigetekhez tartozó Terceirára vitték, később pedig a sintrai palotában tartották fogva. Egészsége folyamatosan romlott, végül 1683. szeptember 12-én, negyvenéves korában meghalt. Halála után Pétert hivatalosan is királlyá kiáltották ki, Mária pedig ismét Portugália királynéja lett. Második királynéi időszaka azonban mindössze három hónapig tartott.

Mária ekkor már régóta súlyos beteg volt. Több történész szerint szifiliszben szenvedhetett, betegségének eredete azonban nem ismert. 1683. december 27-én, 37 éves korában halt meg. Eredetileg a Santo Crucifixo kolostorban temették el. Az épület lebontása után maradványait 1912-ben exhumálták, majd a lisszaboni São Vicente de Fora királyi kriptájában helyezték el, mindkét férje közelében. Lánya, Izabella Lujza 1690-ben, mindössze 21 évesen halt meg. Péter néhány évvel Mária halála után újraházasodott, második feleségétől több gyermeke született. Amikor 1706-ban meghalt, fia, V. János örökölte a portugál trónt. Savoyai Mária Franciska ma is egyedülálló helyet foglal el Portugália történetében: ő volt az egyetlen nő, aki két különböző portugál király feleségeként is királyné lett.