Maria Tallchief est née sous le nom d'Elizabeth Marie Tall Chief et a changé son nom plus tard pour l'européaniser pour des raisons de carrière. Son père était de descendance Osage et la tribu était bénéficiaire des droits pétroliers. Sa famille était aisée et elle avait des cours de ballet et de piano à partir de trois ans.
En 1933, à la recherche d'occasions pour Maria et sa sœur, Marjorie, la famille Tall Chief a déménagé en Californie. La mère de Maria voulait que ses filles deviennent pianistes de concert, mais elles étaient plus intéressées par la danse. Un des premiers enseignants de Maria en Californie était Ernest Belcher, père de Marge Belcher Champion, épouse et partenaire professionnel de Gower Champion. Adolescente, Maria étudie avec sa sœur avec David Lichine puis avec Bronislava Nijinska, qui en 1940 jette les sœurs dans un ballet au Hollywood Bowl que Nijinska a chorégraphié.
Après le lycée, Maria Tallchief a rejoint le Ballet Russe à New York, où elle était soliste. C'est au cours de ses cinq années au Ballet Russe qu'elle a adopté le nom de Maria Tallchief. Alors que son expérience amérindienne a conduit au scepticisme quant à son talent par d'autres danseurs, ses performances ont changé d'avis. Ses performances ont impressionné le public et les critiques. Lorsque George Balanchine est devenu maître de ballet au Ballet Russe en 1944, il l'a prise comme muse et protégée, et Maria Tallchief s'est retrouvée dans des rôles de plus en plus importants qui étaient adaptés à ses forces.
Maria Tallchief a épousé Balanchine en 1946. Quand il est allé à Paris, elle est également allée et a été la première danseuse d'origine américaine à se produire à l'Opéra de Paris, à Paris et plus tard avec le Ballet de l'Opéra de Paris à Moscou au Bolchoï.
George Balanchine est retourné aux États-Unis et a fondé le New York City Ballet, et Maria Tallchief était sa première ballerine, la première fois qu'un Américain détenait ce titre.
Des années 1940 aux années 1960, Tallchief était l'un des danseurs de ballet les plus réussis. Elle était particulièrement populaire et réussie au fur et à L'Oiseau de feu à partir de 1949, et comme la fée du sucre de prune Casse-Noisette à partir de 1954. Elle est également apparue à la télévision, a fait des apparitions avec d'autres sociétés et est apparue en Europe. Ayant été formée par David Lichine au début de sa formation en danse, elle a joué le professeur de Lichine, Anna Pavlova, dans un film de 1953.
Le mariage de Tallchief avec Balanchine fut un succès professionnel mais pas personnel. Il a commencé à présenter Tanaquil Le Clerq dans des rôles clés, et il ne voulait pas avoir d'enfants, contrairement à Maria. Le mariage a été annulé en 1952. Un bref deuxième mariage a échoué en 1954. En 1955 et 1956, elle a été présentée au Ballet Russe de Monte Carlo, et en 1956 elle a épousé un directeur de la construction de Chicago, Henry Paschen. Ils ont eu un enfant en 1959, elle a rejoint l'American Ballet Theatre en 1960, en tournée en Amérique et en URSS.
En 1962, lorsque Rudolf Noureev, récemment défectionné, a fait ses débuts à la télévision américaine, il a choisi Maria Tallchief comme partenaire. En 1966, Maria Tallchief se retire de la scène, s'installe à Chicago.
Maria Tallchief a repris une participation active au monde de la danse dans les années 1970, formant une école liée au Chicago Lyric Opera. Lorsque l'école a été victime de coupes budgétaires, Maria Tallchief a fondé sa propre compagnie de ballet, le Chicago City Ballet. Maria Tallchief a partagé les fonctions de directrice artistique avec Paul Mejia, et sa sœur Marjorie, également danseuse à la retraite, est devenue directrice de l'école. Lorsque l'école a échoué à la fin des années 1980, Maria Tallchief s'est de nouveau associée à l'Opéra Lyrique.
Un documentaire, Maria Tallchief, a été créé par Sandy et Yasu Osawa, pour être diffusé sur PBS en 2007-2010.