Diplômée en science politique et se destinant à une carrière juridique, Maria Bello se consacre finalement au théâtre en se produisant dans des pièces comme la première mondiale de The Killer inside me, Smart town gals ou encore Big problems. Elle se voit alors proposer un rôle régulier à la télévision dans la série d'espionnage Mr. and Mrs. Smith (1996), aux côtés de Scott Bakula, puis devient la pédiatre passionnée Anna Del Amico dans le très populaire feuilleton Urgences (1997-1998), personnage pour lequel elle remporte un Screen Actors Guild Award.Après avoir côtoyé Ben Stiller et Elizabeth Hurley dans le drame Permanent midnight (1998) de David Veloz, Maria Bello interprète une prostituée, partenaire de Mel Gibson, dans Payback (1999) de Brian Helgeland. En 2000, elle part en Chine tourner un documentaire au format Imax intitulé Expédition panda en Chine. Son physique avantageux et sa fraîcheur lui permettent d'incarner tour à tour un manager de bar dans Coyote girls (2000), une chanteuse de karaoké dans Duos d'un jour (2001), une comédienne de la série Papa Schultz dans Auto focus (2003) de Paul Schrader ou encore l'ex-épouse de Johnny Depp dans le thriller Fenêtre secrète (2004), adapté d'une nouvelle de Stephen King. Elle est également l'atout charme de Assaut sur le central 13 (2005), remake du film d'action de John Carpenter.
Elle se fait diriger par David Cronenberg dans A History Of Violence (id.) et cède au Chantage de Pierce Brosnan en 2008. Egalement au casting du World Trade Center (2006) d'Oliver Stone, elle renoue avec l'action pour La Momie 3 : la tombe de l'empereur dragon (2008). Épouse de Kevin James dans la comédie Copains pour toujours, l'actrice continue de collaborer avec des partenaires de prestige tout en multipliant les genres puisqu'elle tourne dans le drame The Company Men (2011) en compagnie des vétérans Kevin Costner et Tommy Lee Jones avant de donner la réplique à la star montante Taylor Lautner dans le thriller Abduction (2012).
