Марія Павлова (у дівоцтві – Гортинська) народилася 27 червня 1854 року в Козельці тодішньої Чернігівської губернії. Батько, Василь Гортинський (1819–1889), походив зі збіднілого українського дворянського роду. У 1842 році Василь Степанович закінчив Московський університет і незабаром зайняв місце губернського лікаря Чернігівської палати державного майна. Автор кількох посібників на допомогу сільським фельдшерам, він багато зробив для розвитку громадської медицини дореформеного часу. З початку 1860-х років Василь Гортинський став інспектором Лікарського відділення Чернігівської губернії і займався організацією медичної та ветеринарної справи у краї. Василь Степанович перевіз до Чернігова сім'ю: дружину Олександру Михайлівну (уроджену Лагоду, з місцевих дворян) і чотирьох дітей. Доктора Гортинського городяни шанували, він був опорою численному сімейному клану. У дітях Василь Степанович намагався розвивати допитливість, працьовитість, самостійність. Марія обожнювала батька, від нього перейняла ідеали служіння суспільству, жіночої рівноправності, самовдосконалення, набула інтересу до природничих наук. Вона завжди говорила: "Я дуже любила свою матір, але любов до батька була абсолютно винятковою і у нас з ним була особлива дружба".
  Середню освіту Марія здобула в Київському інституті шляхетних дівчат. Вона закінчила його з дипломом "домашньої наставниці", який давав право викладання предметів гімназичного курсу у приватних будинках і гарантував, за дотримання певних умов, державну пенсію після вислуги років. Тут же дівчина навчилася грати на фортепіано, розвинула здібності до малювання, що пізніше стало їй у пригоді у професії палеонтолога. В аскетичних умовах інтернату завершилося формування сильного вольового характеру.
  Після закінчення курсу в 1872 році Марія повернулася до Чернігова. Вона була живою, сприйнятливою і життєрадісною дівчиною. У той час вища освіта було ще малодоступною для жінок Російської імперії, хоча того ж 1872 року були відкриті Вищі жіночі курси. Марія Василівна перший час після закінчення інституту ще не думала про продовження своєї освіти. Крім життя в родині вона знаходила задоволення в уроках, які безкоштовно давала дітям незабезпечених батьків.
  Незабаром, у 1873 році, Марія Гортинська вийшла заміж за земського лікаря Миколу Ілліч-Шишацького і переїхала з ним в Астрахань, до місця його служби. До діяльності лікаря Марія Василівна з дитинства ставилася з найглибшою повагою і симпатією, дружині були близькі інтереси та прагнення чоловіка, і вона багато в чому могла бути його помічницею. Молода жінка багато читала, займалася самоосвітою в галузі природознавства і вчила сільських дітлахів. Несподівана смерть чоловіка, якого не стало влітку 1880 року у повітовому місті Чорний Яр від черевного тифу, обірвала їхнє дружне спільне життя.
  Марія Василівна дуже важко переживала смерть чоловіка. Вона повернулася до Чернігова, в будинок батька. Тут остаточно зміцніло її бажання глибше пізнати біологічні науки і здобути вищу освіту, однак у тодішній Російській імперії це було майже неможливим для жінки.
  У 1880 році Марія Василівна вступає в паризький університет Сорбонна. Її захоплюють лекції з ботаніки Ван-Тігема і яскраві лекції із зоології Едмунда Пер'є. Марія Василівна працює в лабораторії Мільн-Едвардса. Але особливо сильне враження справляють на неї лекції знаменитого палеонтолога Альберта Годрі – одного з перших французьких палеонтологів-еволюціоністів.
  Через деякий час Марії Василівні довелося повернутися на батьківщину, але тепер жінка вже мріє присвятити своє подальше життя науці. У 1884 році вона знову в Парижі, де готується до складання іспитів у Сорбонні. У цей період Марія познайомилася з молодим магістром, геологом і палеонтологом Олексієм Павловим. Ця зустріч у Парижі мала велике значення як у її особистому житті, так і для подальшої діяльності.
  Марія Василівна справила на молодого вченого глибоке враження своїм інтересом до науки та серйозним бажанням присвятити їй життя. Спільність інтересів і прагнень зблизила Марію та Олексія, і вже до кінця його недовгого перебування в Парижі між ними встановилися дружні стосунки.
  Після складання іспитів у Сорбонні Марія Василівна поїхала до Чернігова. Але життя вдома, незважаючи на всю її любов до родини, вже не могло задовольнити жінку. Вона хотіла докласти зусиль і знань до якоїсь конкретної справи, продовжувати наукові заняття. Олексій Павлов кличе Марію до Москви, пропонуючи попрацювати в музеї університету. Їхнє дружнє листування триває протягом 1885 року, а на початку 1886-го Марія Василівна переїжджає в Москву.
  Не так легко було жінці отримати доступ у геологічний музей Московського університету. Тільки завдяки неодноразовим проханням Олексія Павлова і Володимира Вернадського університетське начальство погодилося допустити Марію до обробки колекцій музею, в якому в подальшому її руками був створений прекрасний зал хребетних, що користується широкою популярністю, і де Марією Василівною були написані роботи, які принесли їй світову славу.
  Олексій Павлов працював тоді над своєю докторською дисертацією, присвяченою юрським амонітам Поволжя. Дисертація була захищена у травні 1886 року, а 26 травня цього ж року Марія Василівна вийшла за нього заміж.
  1887 року вийшла перша наукова праця Марії Павлової, присвячена історії розвитку найдавніших копитних. Вона привернула до себе велику увагу й відразу принесла славу авторці. У 1888 році Марія Василівна була прийнята у члени найстарішої природничої спілки країни – Московського товариства випробувачів природи. Пізніше, у 1910 році, побачила світ унікальна праця Марії Павлової про Новосибірські острови, Бесарабію.
  1916 року Марія Гортинська-Павлова отримала звання доктора зоології, а в 1919-му стала першою жінкою-професором. До 1930 року вона очолювала кафедру палеонтології Московського університету. У 1924 році Українська академія наук обирає Марію Василівну своїм дійсним членом. Працю подружжя Павлових французьке геологічне товариство відзначило найвищою нагородою – золотою медаллю імені Годрі (1926).
  Слідом за тріумфальними успіхами для Марії Павлової настали переломні роки. У 1929-му після довгої болісної хвороби у неї на руках помер Олексій Петрович. Вони являли собою ідеальну подружню пару, настільки тісно пов'язувала їх єдність суспільних ідеалів, наукових інтересів, життєвих звичок. До кінця життя Марія Василівна не змогла оговтатися від цієї втрати.
  Талановита в усьому Марія Гортинська-Павлова – авторка численних пейзажів і натюрмортів. Захоплення викопними тваринами не заважало жінці бачити навколишню красу і пробувати зберегти ауру природного прекрасного. У той же час намальовані Марією Василівною картини слугували і наочною ілюстрацією наукових спостережень, про що свідчать її помітки на малюнках.
  Померла Марія Гортинська-Павлова 23 грудня 1938 року.