Мария Остроухова родилась в 1991 году в Москве. Окончила МССМШ имени Гнесиных по классу фортепиано, затем поступила в Московскую консерваторию. В 2012–2015 гг. училась на вокальном факультете лондонского Королевского музыкального колледжа. Лауреат Лондонского вокального конкурса Генделя (2015, II премия), конкурса Competizione dell’Opera, проходившего в Москве (2016, специальный приз), финалист лондонского конкурса «Премия Кэтлин Ферриер» (2019).
Пела в Опере Тенерифе, Брукнерхаусе в Линце, Королевском Фестивал-холле в Лондоне, Концертном зале имени П. И. Чайковского в Москве; на Фестивале в Райдейле, Оперном фестивале в Лонгборо, Генделевских фестивалях в Лондоне и Галле. В 2019 году выступала в Театро Комунале в Болонье, на Международном музыкальном фестивале «Евразия» в Екатеринбурге, в 2020–2021 годах сотрудничала с театрами Operá Nomade (Франция) и Grange Park Opera (Великобритания).
В репертуаре певицы – партии Октавии («Коронация Поппеи» Монтеверди), Брадаманты и Арсака («Альцина» и «Ормизда» Генделя), Эмирены («Адриан в Сирии» Перголези), Изабеллы и Анджелины («Итальянка в Алжире» и «Золушка» Россини), Ольги («Евгений Онегин» Чайковского), Третьей дамы («Волшебная флейта» Моцарта), Миссис Херринг («Альберт Херринг» Бриттена), Альбино (оратория «Паломники ко Гробу Господню» Хассе); Stabat Mater Перголези, Реквиемы Моцарта, Михаэля Гайдна, Верди, Вторая симфония Малера, оратория «Плач пророка Иеремии» и «Свадебка» Стравинского, циклы «Дневник исчезнувшего» Яначека, «Песни Неруды» Либерсона и др.
Осуществила драматическую постановку вокального цикла «Ярави: Песнь любви и смерти» Мессиана. Сотрудничает с дирижерами Массимо Дзанетти, Владимиром Юровским, Дмитрием Лиссом, Александром Рудиным, Василием Петренко и другими.