Michaela Maria Mayer studierte von 1998 bis 2001 an der Hochschule für Musik in Nürnberg. 1999 erhielt sie in München das Stipendium des Deutschen Bühnenvereins. Ab Oktober 2001 setzte sie ihre Studien an der Hochschule für Musik und Theater Hannover in der Klasse von Frau Prof. Christiane Iven fort, zunächst im Studiengang Oper, danach in der Soloklasse Gesang. Seit 2007 arbeitet sie mit Frau Prof. Snezana Stamenkovic (Mannheim) zusammen. Meisterkurse bei Klesie Kelly und Marlis Petersen ergänzten ihre Ausbildung.

Von 2004 bis 2006 war sie festes Mitglied im Ensemble der Oper Wuppertal. Dort debütierte sie mit der Partie der Blonde (Entführung) und wurde dafür in der Kritikerumfrage NRW-Musiktheater der Zeitschrift „theater pur“ (2004/2005) zweimal als Beste Nachwuchssängerin nominiert. Außerdem sang sie in Wuppertal u.a. Partien wie Adele (Fledermaus), Sophie (Werther) und Gretel.

Gastengagements führten die junge Sopranistin bereits an das Theater Heidelberg, das Barocktheater Schwetzingen („Winter in Schwetzingen“), die Heidelberger Schlossfestspiele, nach Gelsenkirchen an das Musiktheater im Revier, das Luzerner Theater, die Internationalen Händel-Festspiele Göttingen, das Staatstheater Schwerin, das Nationaltheater Mannheim und die Staatsoper Stuttgart.

2007 war Michaela Maria Mayer Finalistin beim Internationalen Mozartwettbewerb Wiesbaden.

Seit Dezember 2007 ist sie festes Ensemblemitglied am Theater Aachen.