Мария Арсеньева родилась в Ленинграде в семье музыкантов. Начала обучаться игре на флейте с 10 лет в классе педагога Ирины Пименовой. В 2002 году окончила Санкт-Петербургскую консерваторию (класс Глеба Никитина). Принимала участие в мастер-классах Ренаты Грайс и Ореля Николе. Лауреат ряда конкурсов молодых музыкантов, в том числе конкурса Фонда Гартов (Санкт-Петербург, 2000).
С 2000 года – артистка молодежного оркестра Мариинского театра. Участвовала в гастролях, записях и фестивалях коллектива. В 2011–2012 – солист-регулятор в оркестре Kymi Sinfonietta (Финляндия), в 2012–2014 – артистка симфонического оркестра города Ставангер (Норвегия). С 2014 года солист-регулятор группы флейт Мариинского театра, исполняет сценические сольные партии флейты в спектаклях «Волшебная флейта», «Зигфрид», «Путешествие в Реймс».
Помимо игры в оркестре выступает с сольными и ансамблевыми программами в различных залах Санкт-Петербурга.