18 kwietnia1599 roku wyszła za mąż za Filipa III Habsburga, młodego króla Hiszpanii i Portugalii, ślub odbył się w Valladolid. Pierwotnie planowano ożenić następcę tronu hiszpańskiego ze starszą siostrą Małgorzaty – Gregorią Maksymilianą, jednakże wobec niespodziewanej śmierci narzeczonej, umierający Filip II zgodził się na związek młodych, który bardzo podniósł prestiż dworu styryjskiego. Królowa była wielką opiekunką artystów, miała też duży wpływ na życie pałacowe tworząc przy królu stronnictwo proaustriackie. Król okazywał Małgorzacie wiele względów, zwłaszcza po narodzinach następcy tronu. Jednak wpływy królowej były ograniczane przez pierwszego ministra Hiszpanii, wszechwładnego księcia Lermę. Władczyni bezskutecznie chciała odsunąć go od wpływów, jednak jego upadek nastąpił dopiero kilka lat po jej śmierci. Małgorzata doczekała się z Filipem III ośmiorga dzieci, narodziny ostatniego przypłaciła życiem. Zmarła w wieku 26 lat. Jej mąż nie ożenił się ponownie, zmarł 10 lat później.