Nace en Dinamarca en 1847, hija del príncipe Christian y de Luisa de Hesse-Kassel, en una familia con muchos hermanos, una de las cuales, Alejandra, será la reina consorte de Inglaterra, esposa de Eduardo VI. Su nombre de bautismo es María Sofía Federica, aunque en familia se la llame siempre Dagmar o Minnie. Tras la muerte de Federico VII su padre se convierte en el rey de Dinamarca y su status cambia a princesa real en 1863. Ella, en las alianzas matrimoniales que su padre concierta, está destinada a casarse con el zarevich Nicolás de Rusia, y ambos se comprometen en 1864. Dagmar viaja a Rusia al año siguiente para el enlace, pero el prometido muere repentinamente de meningitis y ella vuelve a Dinamarca, deprimida y desengañada. El propio zar Alejandro II le escribe una cariñosa carta en la que le manifiesta que la sigue considerando de su familia, y la convence para que sea la esposa del ahora heredero Alejandro, a quien en familia llaman Sasha.
Abandona la religión luterana para entrar en la ortodoxa y con el nombre de María Fiodorovna se convierte en gran duquesa de Rusia. Cuando su suegro muere en 1881, víctima de un brutal atentado, su marido es el nuevo zar Alejandro III y ambos se trasladan al palacio de Gatchina, donde se crían sus hijos, el mayor de los cuales, Nicolás, está destinado a ser el próximo zar. María siempre teme la amenaza de otro atentado como el que acabó con la vida de Alejandro II y ve con temor como la salud de Sasha declina poco a poco.
El zar fallece en 1894 cuando ya el zarevich está prometido con la princesa Alix de Hesse-Darmstad, nieta de la reina Victoria de Inglaterra, que no es bien vista por María. Nunca es capaz de asumir que ahora ella es simplemente la emperatriz viuda, y se niega a cederle el lugar que le corresponde a su nuera en las ceremonias oficiales, o a entregarle las joyas que por derecho le pertenecen. No ayuda que Alix, muy buena con el dibujo, haga caricaturas de su suegra y las reparta entre sus damas.
Cuando estalla la revolución de 1917 se refugia en Crimea y después de los sucesos de Ekaterimburgo se niega a aceptar que el zar y su familia han sido asesinados. Desde Crimea saldrá en 1919 hacia Inglaterra en un barco enviado por su sobrino Jorge VI, y tras una temporada con su hermana Alejandra regresa a Dinamarca, donde muere en 1928