Marija Nikolajewna Romanowa heiratete am 14. Juli 1838. Ihr Ehemann Maximilian de Beauharnais galt zwar nicht als eine gute Partie für eine Zarentochter, doch da Maria verlautbart hatte, sie werde gar nicht heiraten, wenn sie nicht in Russland bleiben könne, stimmte ihr Vater der Hochzeit zu.
Im gleichen Jahr wurde der Familie neben ihrem Titel der „bayerischen Herzöge von Leuchtenberg“, welchen sie vom bayerischen König Maximilian I. Joseph verliehen bekommen hatte, der Titel Prinz bzw. Prinzessin Romanowsky zugewiesen. Damit war er 3. Herzog von Leuchtenberg aus der Familie Beauharnais. Aus der gemeinsamen Verbindung gingen sieben Kinder hervor:
Marijas Ehemann Maximilian starb am 1. November 1852 und vier Jahre später ging Marija eine weitere, diesmal morganatische Ehe mit dem Grafen Gregori Alexandrowitsch Stroganoff ein, mit dem sie einen Sohn Greogri (1859–1859) und eine Tochter Helene (1861–1908) hatte. Marija war künstlerisch sehr begabt und ihre jüngere Schwester Olga, Königin von Württemberg, sagte einmal über sie: „Ach, sie hat mehr Talent und Begabung als wir anderen [Geschwister] zusammen. Wenn sie doch auch mehr Charakterstärke hätte!“ In den 1850er Jahren beschäftigte sich Marija mit der Leitung mehrerer Frauenschulen, insbesondere des Patriotischen Instituts. Nach dem Ableben ihres ersten Gatten übernahm sie von ihm den Vorsitz der Akademie der Künste.