Es la mayor de tres hermanos. Cuando tiene trece años, su padre, médico, marcha a Argentina para no volver, y ella debe asumir importantes responsabilidades.

Estudia el bachillerato como alumna libre, en un momento en que sólo el 3% de los alumnos son mujeres. Cursa la carrera de Filosofía y Letras en Zaragoza y a los veintidós años ingresa en el Cuerpo Facultativo de Archivos y Bibliotecas. Su primer destino es el Archivo de Simancas. Para entonces ya ha establecido una relación estrecha con la Institución Libre de Enseñanza y mantiene una correspondencia llena de admiración, respeto y cariño con Cossio. En 1924 se traslada a Murcia, donde conoce a Fernando Ramón, joven catedrático de Ciencias Físicas de la Universidad. Se casan en 1925 y en 1929 se trasladan con sus tres hijos a Valencia, donde nacerá el cuarto. Para darles una educación inspirada en los principios de la I.L.E., el matrimonio contribuye a la creación de la Escuela Cossio.

Al crearse en 1931 el Patronato de Misiones Pedagógicas, María es nombrada miembro de la delegación valenciana, y es aquí donde empieza su relación con las bibliotecas (antes había trabajado sólo en archivos) que son, para Misiones, "el servicio más importante". Entre 1935 y 1936 realiza visitas de inspección a todas las que el Patronato ha creado en Valencia.

En mayo de 1935 presenta en el II Congreso Internacional de Bibliotecas y Bibliografía una comunicación titulada Bibliotecas rurales y redes de bibliotecas en España, en la que ya apunta la idea de un sistema nacional de bibliotecas.

En 1936 se le encarga la dirección de la Biblioteca de la Universidad de Valencia, pero su vocación la lleva más hacia la lectura pública. En junio de 1937 es nombrada directora de la Oficina de Adquisición de Libros y Cambio Internacional. Para orientar a los bibliotecarios rurales, redacta unas Instrucciones para el servicio de pequeñas bibliotecas, la primera obra de ese tipo publicada en España.

Su aportación más valiosa a la biblioteconomía española es el Proyecto de bases de un Plan de organización general de Bibliotecas del Estado que presenta en 1937 a la Sección de Bibliotecas del Consejo Central de Archivos, Bibliotecas y Tesoro Artístico. En él se definen los diferentes tipos de bibliotecas, se diseñan órganos centrales para coordinar y simplificar los trabajos técnicos y se marcan pautas de funcionamiento para que cualquier lector en cualquier lugar pueda obtener cualquier libro que le interese. El documento se publica en Valencia en 1939, cuando Maria Moliner ya ha cesado como directora de la O.A.L.C.I. y está a punta de perderse la guerra civil.

La posguerra es dura para ella. La sanción llega: es rebajada 18 puestos en el escalafón y enviada al Archivo de Hacienda de Valencia. En 1946 se traslada a Madrid para poder estar más cerca de su marido, también sancionado y en ese momento destinado en la Universidad de Salamanca. Su nuevo puesto de trabajo es la biblioteca de la Escuela de Ingenieros de Madrid; allí permanece, en el anonimato total, hasta 1970, año en el que se jubila.

Maria Moliner es bibliotecaria desde 1922 hasta 1970, pero ese hecho es ignorado incluso por los propios bibliotecarios. Mucho más conocido es su trabajo de elaboración de un Diccionario de Uso del español, tarea en la que se vuelca desde principios de los cincuenta hasta 1966, dedicándole las primeras horas de las mañanas, antes de acudir a la biblioteca.

En 1972 se presenta su candidatura a la Real Academia de la lengua, pero esta mujer madrugadora llega a esa cita también demasiado pronto, y no es elegida.

Muere, olvidada de las bibliotecas, en 1981. Nunca se ha vuelto a hacer un Plan General para las bibliotecas españolas.