Мария получила разностороннее образование, ее обучали языкам, музыке и танцам, а главное — религии. Этот предмет впоследствии развил ученый Хуан Луис Вивес, который свою образовательную программу представил в труде «О воспитании женщины-христианки». Он приводил список годной и негодной для чтения литературы, запрещал предаваться неподобающим развлечениям, таким как игра в кости и карты, рекомендовал скромность и сдержанность, критикуя даже танцы и музицирование, которые так любила маленькая Мария. Несмотря на подобную строгость, юная принцесса отличалась живым умом и легко усваивала науки.
Генрих VIII постоянно думал о наследнике престола мужского пола, но то, что в его распоряжении была рука дочери, открывало перед ним широкие перспективы дипломатической игры. В 1518 году в возрасте двух с половиной лет Мария была обручена с не достигшим годовалого возраста Франциском И, сыном короля Франции Франциска I Валуа. Договор был расторгнут спустя несколько лет, а Марию обручили с императором Карлом V Габсбургом. На этот раз помолвку в 1525 году разорвал император ради женитьбы на Изабелле Португальской, а разочарованный Генрих VIII отправил дочь в Уэльс в качестве вице-королевы. В этот период из-за амбиций отца над юной Марией сгустились тучи. Генрих начал предпринимать попытки аннуляции брака с Екатериной Арагонской. Чтобы сломить волю первой жены, он разлучил ее с дочерью. Король счел, что Екатерина настолько отважна, что, имея рядом с собой дочь, сможет собрать армию и выступить против него. В последний раз Мария видела мать в 1531 году, хотя Екатерины не стало лишь 5 лет спустя.
Когда архиепископ Кентерберийский Томас Кранмер признал недействительным брак родителей Марии, она формально стала незаконнорожденной и утратила право на корону. Брак Генриха VIII с Анной Болейн был для принцессы периодом жестоких унижений. По некоторым источникам, еще до свадьбы с Генрихом Анна грозилась сделать из нее прислугу, отравить или выдать замуж за слугу. После рождения Елизаветы она включила Марию в число придворных собственной дочери. Живя в суровых условиях, терпя скверное обращение, Мария упорно отказывалась признавать титулы Анны и Елизаветы и обдумывала планы бегства из Англии.
Падение Анны Болейн изменило положение Марии, которая в конце концов поддалась давлению отца и признала его брак с Екатериной недействительным, а его самого — главой Англиканской церкви. О добрых взаимоотношениях в семье Тюдоров заботилась Джейн Сеймур, третья жена Генриха VIII. Когда вскоре после рождения сына она умерла, больше всего на ее похоронах сокрушалась Мария. Позже дочь продолжала слушаться отца. Похоже, что король был ей за это благодарен, одаривая драгоценностями и землями. Он снова рассматривал кандидатуры претендентов на ее руку, среди которых были французский и испанский принцы. Филипп Баварский лично прибыл в Англию, чтобы просить ее руки, но так и не получил одобрения Генриха. Мария даже была признана потенциальной наследницей престола в случае смерти Эдуарда, если тот не оставит потомства.
Во время правления брата Мария старалась избегать королевского двора, который сделался центром реформационных начинаний. Она осталась верна католичеству и не скрывала этого. В ее доме служили запрещенные в стране католические мессы. Она позволяла себе многое, уверенная в защите своего родственника, императора Карла V, который грозил начать войну в случае ограничения религиозной свободы Марии. На закате правления Эдуарда ее кандидатура на наследование престола была под вопросом. Игравший одну из главных ролей при дворе Джон Дадли, герцог Нортумберленд, предвидел скорую смерть больного короля и стремился сохранить свое влияние. Он не мог допустить, чтобы королевой стала Мария, поэтому убедил короля внести изменения в закон о наследовании. Тогда наследницей объявили леди Джейн Грей, правнучку Генриха VII, которая вышла замуж за сына Джона Дадли, Гилфорда. Через четыре дня после смерти короля, 10 июля 1553 года, Джейн была провозглашена королевой. Ее сторонники намеревались арестовать Марию и Елизавету, но извещенная о смерти брата Мария успела покинуть свой дом и 9 июля была провозглашена королевой в Норфолке. Вскоре, получив серьезную поддержку, она триумфально вступила в Лондон. Государственный переворот Дадли не удался. Молодая узурпаторша была приговорена к смерти.