Ha iniziato a giocare a tennis a circa 5 anni, seguita dal padre, e ha partecipato regolarmente ai tornei del circuitoWTA fin dal settembre2002. In carriera ha vinto 6 titoli WTA in singolare e 12 in doppio, raggiungendo la sua miglior classifica nel singolo il 10 giugno2013 al numero 10.
Da junior ha vinto gli Open del Canada e l'US Open nel2002. Nel2005 ha esordito inFed Cup nell'incontro con ilBelgio.
Professionista dal 2002, la Kirilenko si fa notare l'anno seguente quando ad Hyderabad, in India, partita dalle qualificazioni raggiunge i quarti di finale perdendo dalla n.32 del rankingTamarine Tanasugarn. Si mette in evidenza anche allo US Open. Dopo aver superato le qualifiche, Marija si arrende al III turno dalla n.6 del mondoAmélie Mauresmo mostrando una buona prova. A Tashkent, viene sconfitta al II turno dalla croata Jelena Kostanic-Tosic.
Dopo aver fallito l'accesso al tabellone principale agli Australian Open, giunge alla prima finale in carriera ad Hyderabad dove è sconfitta da Nicole Pratt. Al Tier I di Indian Wells perde al primo turno, mentre a Key Biscayne si arrende al secondo turno daNadia Petrova. Rientra al Roland Garros, dove al secondo turno mette i bastoni tra le ruote alla forte statunitenseSerena Williams, ma non basta per sbarrarle la strada. Al Tier III s'Hertogenbosch, esce di scena al secondo turno. A Wimbledon, lascia il torneo anzitempo perdendo al primo turno dalla n.31 del seeding Amy Frazier. Agli US Open, dopo aver sconfitto la n.25 Elena Lichovceva, si arrende alla statunitense Lisa Raymond al turno seguente.
Il 2005 inizia bene. Raggiunge il II turno agli Open d'Australia ed al Tier I di Tokyo. Ad Hyderabad esce di scena nella semifinale opposta all'indianaSania Mirza. Disputa un ottimo torneo a Doha dove, partita dalle qualifiche, si arrende nei quarti dalla numero 2 delle classifiche Amélie Mauresmo. A marzo, continua il suo buon momento di forma. Al Tier I di Indian Wells, supera le qualificazioni e fa fuori la Bovina al secondo turno, per poi lasciare il torneo negli ottavi perdendo dalla Martinez. A Key Biscayne, a farla fuori al secondo turno, è ancora la Mauresmo. Inizia bene anche la stagione sulla terra. A Varsavia, viene eliminata al II turno dalla rientranteKim Clijsters. A Berlino, viene eliminata dall'altra belgaJustine Henin. Al Roland Garros esce subito di scena, sconfitta dalla qualificata Birnerova. La stagione su erba è abbastanza deludente raggiungendo il secondo turno a Birmingham, s'Hertogenbosch e Wimbledon. Al Tier II di New Haven, dopo essere stata ripescata comelucky loser, perde al secondo turno dalla giovane connazionaleAnna Čakvetadze. Agli US Open, si trova al II turnoVenus Williams dove la Kirilenko viene sconfitta. Marija vince il primo titolo della carriera a Pechino, battendo prima la Sharapova in semifinale e la Groenefeld in finale. La settimana seguente, perde nei quarti a Canton. A Tokyo esce in semifinale contro la Vaidisova, mentre al Tier I di Mosca si arrende aVera Zvonarëva all'esordio.
Dopo aver raggiunto i quarti ad Auckland, Marija viene sconfitta al secondo turno a Sydney. Agli Australian Open raggiunge il terzo turno, dove viene sconfitta in III set dalla n.1 del rankingLindsay Davenport. Al Tier I di Tokyo, perde nei quarti contro la rientranteMartina Hingis racimolando solo tre game. A Dubai, dopo aver eliminato la Petrova, si arrende ancora alla Davenport ai quarti. A Doha, viene sconfitta al secondo turno daSvetlana Kuznecova. Ad Indian Wells è sconfitta dalla Čakvetadze al III turno, mentre a Miami esce negli ottavi contro la Šarapova. Al Tier I di Berlino, perde al terzo turno contro la Henin nettamente. Al Roland Garros, sfrutta la sua testa di serie raggiungendo il terzo turno dove viene superata dalla Grönefeld. La stagione su erba è deludente perdendo i due unici match disputati su questa superficie. Non le va bene neanche la stagione sul cemento americano, dove riesce a raggiungere come miglior risultato il terzo turno agli US Open, dove tre l'altro viene sconfitta contro pronostico dalla francese Rezaï. Nel finale di stagione riesce a raggiungere solo i quarti al Tier I di Zurigo, sconfitta dalla Srebotnik.
Agli Australian Open raggiunge il terzo turno perdendo dalla Kuznecova. A febbraio raggiunge il secondo turno a Tokyo, Doha e Dubai. Ad Indian Wells perde al secondo turno, mentre a Key Biscayne va fuori al II turno. Sui tornei di preparazione degli Open di Francia, Marija esce di scena al primo turno a Budapest, Estoril, Berlino e Roma. Arriva così al Roland Garros senza aver vinto una partita sul rosso. Riesce a superare il primo turno, ma in quello seguente è sconfitta daSamantha Stosur. A Birmingham gioca un buon torneo, mettendo in difficoltà la Janković al terzo turno perdendo poi per 7-5 al terzo set. A Wimbledon, viene però eliminata al primo turno dalla ripescata Cornet mostrando ancora limiti fisici e psicologici. Si riprende alla grande al Tier II di San Diego dove raggiunge i quarti battendo Šafářová e Janković, per poi soccombere alla forza della russaElena Dement'eva. Continua il suo buon stato di forma a Los Angeles, dove ancora raggiunti i quarti si ferma di fronte dalla Ivanović. Agli US Open, dopo aver sconfitto la Srebotnik al II turno ha la strada spianata fino agli ottavi ma viene sorprendentemente battuta dalla Vakulenko al III turno. Il finale di stagione è ottimo. Vince il secondo titolo della carriera a Calcutta dominando in finale la Koryttseva, mentre a Seul è sconfitta nell'atto conclusivo da Venus Williams per 6-4, mostrando comunque buoni segnali di ripresa dopo un inizio d'anno disastroso.
Nel2008 conferma i progressi dell'annata precedente. Raggiunge i quarti ad Auckland e agli ottavi agli Australian Open battendo la connazionale top-10 Čakvetadze prima di arrendersi in tre set, non senza qualche rimpianto, aDaniela Hantuchová per 6-4 al terzo. Ad aprile, vince il terzo titolo della carriera all'Estoril battendo in finale la Benesová. Anche al Tier I di Berlino si comporta bene, dove viene sconfitta al III turno dalla n.5 del rankingJelena Janković. Anche a Roma gioca un ottimo torneo, dove si deve arrendere agli ottavi ancora dalla Janković. Dopo essere stata sconfitta al secondo turno al Roland Garros dalla Zheng, Marija si riscatta subito conquistando il secondo titolo della stagione e il quarto della carriera a Barcellona. Purtroppo, forse dovuta anche dalla mancanza di preparazione sull'erba, la Kirilenko esce subito di scena a Wimbledon. Dopo i quarti a Portorose, la russa esce di scena al II turno al Tier I di Montréal contro la wild-card canadese Stephanie Dubois. Al Tier III di Cincinnati, decide di prendere una rivincita sulla Dubois al secondo turno e batte la Lisicki ai quarti, mentre in semifinale esce controNadia Petrova. Agli US Open, appagata dalla stanchezza accumulata nelle settimane precedenti, perde all'esordio contro la Paszek per 6-4 al terzo set. A settembre vince il torneo di Seul, il quinto della carriera e il terzo dell'anno battendo in finale la Stosur per 2-6 6-1 6-4. Al Tier I di Zurigo esce di scena al secondo turno contro Schiavone. A Linz anche qui viene sconfitta al II turno, questa volta dalla Cornet.
AgliAustralian Open 2009 è sconfitta al primo turno daSara Errani. A marzo perde al primo turno alBNP Paribas Open 2009. AlSony Ericsson Open 2009 esce al II turno controFlavia Pennetta. AlBarcelona Ladies Open 2009 raggiunge la finale, perdendola contro l'italianaRoberta Vinci. All'Estoril Open 2009 esce nei quarti contro la connazionaleEkaterina Makarova. AgliOpen di Francia 2009 esce di scena già al primo turno contro la giovane Rogowska, mentre alTorneo di Wimbledon 2009 perde al II turno dalla Wozniacki. AlloSwedish Open 2009 è sconfitta dalla Wozniacki ai quarti. La stagione americana si apre con il secondo turno a Stanford perso contro la Dement'eva. Ai Premier 5 di Cincinnati e Toronto non raccoglie buoni risultati. All'US Open 2009 elimina al secondo turno la Radwańska, mentre al III turno si arrende alla cinese Li. A Seul si presenta come la campionessa uscente, ma viene sconfitta in semifinale dalla Date-Krumm. Al torneo di casa, la Kremlin Cup di Mosca torneo di categoria Premier, batte ai primi due turni Radwańska e Wozniak, perdendo poi ai quarti dalla Schiavone.
Agli Australian Open esce di scena al secondo turno contro la Benesová. A marzo, perde al terzo turno ad Indian Wells e Miami perdendo ambo le volte dalla Radwańska. Sulla terra si Strasburgo raggiunge i quarti perdendo daAndrea Petković. Al Roland Garros viene sconfitta al quarto turno ancora dalla Petković per 6-2 2-6 6-4. A Wimbledon perde al terzo turno controSerena Williams conquistando solo cinque game. A Stanford è ancora la Williams a batterla al secondo turno questa volta in un match più lottato conclusosi per 6-2 3-6 6-2 in favore di Serena. Marija perde al secondo turno a Cincinnati controFrancesca Schiavone per 6-4 al terzo. Agli US Open è sconfitta agli ottavi per mano della Stosur che s'impone 6-2 6-7 6-3, dopo un tie-break del secondo set interminabile che si è concluso per 15-13 per la Kirilenko. A Canton, Marija è sconfitta a sorpresa in finale daChanelle Scheepers per 7-5 5-7 6-4. Raggiunge poi i quarti a Tokyo battendo Stosur e Ivanović, perdendo poi daVera Zvonarëva. A Pechino, batte ancora Stosur e poi la Paszek, per poi arrendersi nei quarti dalla Niculescu.
Inizia il 2012 con il terzo turno agli Australian Open, dove si è ritirata controPetra Kvitová. Il 12 febbraio, la russa viene battuta in finale al torneo di Pattaya dalla slovaccaDaniela Hantuchová con il punteggio di 6-7 6-3 6-3. Ad Indian Wells viene sconfitta nei quarti daMarija Šarapova per 3-6 7-5 6-2. A Miami è sconfitta al quarto turno daMarion Bartoli. Sulla terra rossa non ottiene buoni risultati, incluso anche il Roland Garros dove è regolata daKlára Zakopalová al secondo turno. Raggiunge a Wimbledon il suo miglior risultato in un grande slam, i quarti di finale. Verrà battuta dalla finalistaAgnieszka Radwańska per 7-5 4-6 7-5. Alle Olimpiadi di Londra, perde la finale della medaglia di bronzo perdendo contro la Azarenka. Il 24 agosto, perde la seconda finale dell'anno a New Haven contro la Kvitová con il punteggio di 7-6 7-5. Allo US Open non supera il terzo turno, dove cede alla cecaAndrea Hlaváčková mancando così la possibilità di eguagliare il risultato ottenuto la stagione precedente. A Mosca, esce sconfitta nei quarti dalla esperta dei campi indoorSofia Arvidsson.
Agli Australian Open viene regolata negli ottavi di finale daSerena Williams per 6-2 6-0. Il 3 febbraio, Marija vince il torneo di Pattaya battendo in finale la tedescaSabine Lisicki con il punteggio di 5-7 6-1 7-6. A marzo, raggiunge la semifinale ad Indian Wells persa controMarija Šarapova per 6-4 6-3. La settimana seguente a Miami, si arrende aKlára Zakopalová al terzo turno. A Monterrey esce di scena in semifinale controAngelique Kerber in tre set. Nei tornei di Madrid e Roma perde in entrambi i casi al terzo turno, venendo sconfitta prima da Serena Williams e poi daSara Errani. Al Roland Garros la Kirilenko viene eliminata ai quarti di finale daViktoryja Azaranka in due set. Grazie al risultato nello Slam francese, il 10 giugno Marija entra per la prima volta nella sua carriera nella Top-10 della classifica WTA di singolare. A Wimbledon viene sconfitta al primo turno dalla giovane britannicaLaura Robson per 6-3 6-4. Dopo la sua prematura eliminazioni enon riuscendo a difendere i quarti ottenuti l'anno precedente, Marija esce dalla Top-10 dopo appena tre settimane. A Toronto è sconfitta daAlizé Cornet al secondo turno, ed a Cincinnati ottiene lo stesso risultato perdendo daMona Barthel. Agli US Open esce di scena al terzo turno contro la rumenaSimona Halep per 6-1 6-0. A Pechino mette paura al terzo turno Serena Williams dovendo però poi cedere con il punteggio di 7-5 7-5.
Nel novembre del 2011 il giocatore dihockey su ghiaccioAleksandr Ovečkin deiWashington Capitals ha ufficializzato sul proprio account diTwitter il fidanzamento con Marija Kirilenko.[2][3] Attualmente l’altleta risulta sposata con l’ex l’atleta Nikolaj Zherdev, promessa di hockey NHL (contratti con Philadelphia Flyers, Columbus Blue Jackets e New York Rangers), matrimonio svolto in forma riservata in comune di Alleghe in provincia di Belluno dove Zherdev ha giocato la sua ultima stagione da hockeista professionista in Italia.[4]La coppia ha avuto una figlia dopo il matrimonio, quindi per Maria è il terzo figlio dopo due dal primo matrimonio