Nascida na Bahia, é a sexta filha de José Teles Veloso (Seu Zezinho), funcionário público dos Correios, e de Claudionor Viana (Dona Canô). É irmã da escritora Mabel Velloso e do compositor Caetano Veloso, e tia da cantora Belô Velloso e de Jota Velloso. Seu nome foi escolhido pelo irmão Caetano Veloso, inspirado em uma canção famosa à época, a valsa Maria Betânia, do compositor Capiba, um sucesso na voz de Nélson Gonçalves. Maria Bethânia tornou-se uma das principais intérpretes da música brasileira assim como Caetano, um dos maiores cantores e compositores contemporâneos brasileiros, mundialmente conhecido. Bethânia foi criada na cidade de Santo Amaro da Purificação e, por ter sido criada na religião católica com influência do candomblé, é devota de vários santos e adepta tradicional do segmento religioso africano Ketu.
Hoje considerada uma das maiores intérpretes de sua geração, na infância sonhava em ser atriz, mas o dom para a música falou mais alto. Participou na juventude de espetáculos semi-amadores em parceria com Tom Zé, Gal Costa, Caetano Veloso e Gilberto Gil; em 1960 mudou-se para Salvador na intenção de terminar os estudos e passou a frequentar o meio artístico, ao lado do irmão Caetano. Em 1963, estreou como cantora na peça Boca de Ouro, de Nelson Rodrigues. No ano seguinte, apresentou espetáculos como Nós por Exemplo, Mora na Filosofia e Nova Bossa Velha, Velha Bossa Nova, ao lado do irmão Caetano Veloso e o colega Gilberto Gil, então iniciantes, a quem lançou como compositores e cantores nacionais e a cantora Gal Costa, dentre outros.
A data oficial da estreia profissional é 13 de fevereiro de 1965, quando substituiu a cantora e violonista Nara Leão no espetáculo Opinião pois a mesma precisou se afastar por problemas de saúde. Nesse mesmo ano, foi contratada pela gravadora RCA, que posteriormente transformou-se em BMG (atualmente Sony BMG), onde gravou o primeiro disco, lançado em junho daquele mesmo ano. O primeiro sucesso foi a canção de protesto Carcará, no repertório deste, que também incluía, dentre outras, as músicas Mora na filosofia, Andaluzia, Feitio de oração e Sol negro, esta última em dueto com Gal Costa (que à época ainda usava o nome artístico de Maria da Graça). Depois lançou um compacto triplo, Maria Bethânia canta Noel Rosa, que trouxe as músicas Três apitos, Pra que mentir, Pierrô apaixonado, Meu barracão, Último desejo e Silêncio de um minuto, acompanhada apenas por um violão, de Carlos Castilho. Ainda em 1966, depois de voltar à Bahia por um breve período, participou dos espetáculos Arena canta Bahia e Tempo de guerra, ambos dirigidos por Augusto Boal, também competindo em festivais. Em São Paulo e no Rio de Janeiro, apresentou-se em teatros e casas noturnas de espetáculos, tornando-se assim nacionalmente conhecida.
Maria Bethânia é segunda artista feminina em vendagem de discos na história do Brasil, atrás apenas de Xuxa, que tem seus discos voltados ao público infanto-juvenil.
Revolucionou a forma de se fazer espetáculos no Brasil, intercalando músicas com poemas - Fernando Pessoa, poeta português, Vinícius de Moraes a quem chegou a dedicar um disco inteiro em 2005, Que falta você me faz (a gravação deste álbum foi concluída em janeiro de 2004 mas somente lançado no ano seguinte, em comemoração aos 40 anos de carreira e amizade com Vinícius, contando com a participação especial deste na declamação do poema Poética I e na música Nature boy (Encantado)), Clarice Lispector - criando um estilo próprio e que muito lembra peças teatrais. Vários dos espetáculos estão entre os mais importantes da história da música popular brasileira, onde se destacam diversos, como Recital na Boite Barroco (1968), o primeiro disco gravado ao vivo, Maria Bethânia ao vivo (1970), ambos lançados pela gravadora EMI, Rosa dos Ventos - o show encantado (1971) produzido e dirigido por Fauzi Arap, Drama terceiro ato - luz da noite gravado ao vivo no Teatro da Praia na capital fluminense (1973), A cena muda (1974), gravado ao vivo no Teatro Casa Grande, onde não declamou poemas - como o próprio título sugere, tendo sido um dos espetáculos mais ousados da trajetória da artista, Chico Buarque e Maria Bethânia ao vivo (1975), Maria Bethânia e Caetano Veloso ao vivo (1978), e Nossos momentos (1982), gravado entre 29 de setembro e 3 de outubro daquele ano, contendo a antológica interpretação de Vida e O que é o que é, esta última lançada pelo autor Gonzaguinha no mesmo ano, que seria o bis preferido dos espetáculos dali por diante. Isso explica a presença de vários discos ao vivo na carreira da artista - mais especificamente catorze, onde se inclui um gravado na Argentina (Mar del Plata), com Vinícius de Moraes e Toquinho; já como intérprete, Chico Buarque, Caetano Veloso, Gilberto Gil, Tom Jobim, Noel Rosa, Gonzaguinha, Roberto Carlos, Vinícius de Moraes, Roberto Mendes, Jorge Portugal e Milton Nascimento, são os compositores com maior número de interpretações na voz. Maria Bethânia é carinhosamente chamada por Roberto Carlos de minha rainha.