María León Barrios naît à Séville en 1984. Elle est la fille de l’actrice espagnole Carmina Barrios(es) et la sœur de l’acteur et réalisateur Paco León. Elle suit les cours de l’école d’art dramatique La Platea à Madrid et termine sa formation à Barcelone.
En 2006 et 2007, elle prend part à la série télévisée SMS, des rêves plein la tête (SMS, sin miedo a soñar). Elle débute au cinéma en 2009 en jouant un rôle secondaire dans la comédie Fuga de cerebros (Hot School) de Fernando González Molina, l’un des plus gros succès de l’année en Espagne. En 2010, elle interprète l’un des rôles principaux de la série télévisée La tira.
En 2012, elle joue dans la comédie dramatique Carmina o revienta, un film réalisé par son frère Paco León et dans lequel elle retrouve sa mère Carmina Barrios, dont c'est le premier rôle au cinéma et ce à l'âge de 59 ans. À la suite du succès du film, une suite est tournée en 2014. Pendant ces deux années, León est l’un des personnages principaux de la série télévisée Con el culo al aire. Elle apparaît également dans la comédie Marsella de Belén Macías qui se déroule dans la ville de Marseille.
En 2015, elle participe à deux films et joue dans la série télévisée Allí abajo.