2. října 1886 se provdala za arcivévodu Otu Rakouského, synovce rakouského císaře Františka Josefa I. Toto manželství bylo krajně nešťastné, neboť světáckému a požitkářskému Otovi se jeho velice zbožná manželka nijak nezamlouvala – posměšně ji nazýval „jeptiškou“ a ponižoval ji, mimo jiné i svými skandály a milostnými aférami. Nicméně z tohoto svazku vzešli dva synové – pozdější poslední rakouský císař Karel I. (1887–1922) a jeho mladší bratr Maxmilián (1895–1952). O výchovu obou synů se starala především Marie Josefa, neboť arcivévoda Ota se u své rodiny příliš nezdržoval a roku 1906 zemřel v náruči své milenky na syfilis.
Za první světové války zřídila ve svém vídeňském paláci Augartenlazaret, kde pomáhala ošetřovat raněné vojáky. V roce 1919 opustila spolu se svým synem Karlem I. a jeho rodinou Rakousko.
Regina Sasko-Meiningenská • Markéta Savojská-Aosta*** • Anna Eugénie Arenbergová • Yolanda z Ligne • Xenia Czernicheva-Besobrasova • Anna Gabriela z Wrede • Helena z Toerring-Jettenbach • Ludmila z Gallen • Laetitia z Arenbergu** • Margaret Kálnoky von Köröspatak** • Maria Espinosa de los Monteros** • Valerie z Podstatzky-Lichtenstein** • Freiin Eva Antonia von Hofmann** • Anna Amelie ze Schönburg-Waldenburg** • Hedvika z Lichem-Löwenburg** • Freiin Edith von Sternbach** • Margarite z Hohenbergu • Marie Christine von Hatzfeldt-Dönhoff • Eugenia de Calonge • Freiin Maria Theresia von Gudenus
* také španělská infanta sňatkem, ** také toskánská princezna sňatkem, *** také modenská princezna sňatkem