Marie Pedersen var den mest sentrale bidragsyteren til den faglige og organisatoriske utviklingen av moderne norsk spesialpedagogikk på 1900-tallet.
Hun vokste opp på Sandstad i Trondheim, der så vel hun selv som hennes søsken fikk god utdannelse. Hun tok examen artium ved Trondheim katedralskole 1912 og lærerprøven 1913. Deretter arbeidet hun som lærer og skolebestyrer i særskolen i Trondheim. Fra 1939 til 1962 var hun direktør for døve-, blinde- og åndssvakeskolene, senere Direktoratet for spesialskolene.
Marie Pedersen orienterte seg tidlig mot de europeiske strømningene innen pedagogikk og tiltak for barn og unge med ulike vansker. Hun avla diplomeksamen ved Institut des Sciences de l'Éducation ved universitetet i Genève. I tillegg til omfattende studiereiser i europeiske land før og etter den annen verdenskrig gjennomførte hun ytterligere studier i såkalt Heilpädagogik (spesialpedagogikk) ved universitetet i Zürich. Dette var en tverrfaglig disiplin som bygde på samarbeid mellom medisinere og pedagoger.
Med faglig forankring i den kontinentale heilpedagogikken bidrog hun sterkt til et omfattende og enhetlig lovverk for spesialundervisning (lov om spesialskoler 1951), til utbygging av et stort antall spesialskoler i 1950-årene og til etablering av lærerutdanning innen spesialpedagogikk.
Marie Pedersen var FN-stipendiat 1949 og hadde siden også oppdrag for FN. Hun var Norges delegat ved flere UNESCO-konferanser og medlem av Advisory Committee i International Union for Child Welfare. Hun skrev artikler og foreleste om spesialpedagogiske emner i en rekke sammenhenger nasjonalt og internasjonalt, blant annet ved Norges Lærerhøgskole, Universitetet i Oslo og spesiallærerutdanning i Stockholm.
Med sin internasjonale orientering og store faglige tyngde på området skole og barnevern, kombinert med usedvanlig gode organisatoriske evner, ble Marie Pedersen den sentrale skikkelsen i den omfattende utbyggingen av spesialpedagogiske tiltak i Norge etter den annen verdenskrig. Erfaringen hennes lå først og fremst i arbeidet med psykisk utviklingshemmede barn og unge, men hun så spesialpedagogikk som et helhetlig fag, som omfattet pedagogisk tilrettelegging for utvikling hos alle barn og unge med særlige behov. Hun var en sterk forkjemper for at administrasjon og faglig ledelse av tiltak for barn og unge med utviklingshemning og med atferdsvansker skulle være et pedagogisk anliggende. Dermed kom hun ofte i opposisjon til den medisinsk-psykiatriske ekspertisen som så disse områdene som sine fagfelt.
I tillegg til fagartikler i norske, nordiske og internasjonale tidsskrifter utgav Marie Pedersen bøkene Intelligensprøving av barn. Dearborns gruppetest 1933 og De evnesvake i skole og samfunn 1946, den siste i samarbeid med Ingolf Eik og Kristian Aulie.
Marie Pedersen ble tildelt Kongens fortjenstmedalje i gull 1957 og var æresmedlem av Evneveikskolenes Landslærerlag og Norges Døvelærerlag. Hun døde sommeren 1990, 97 år gammel.