La jovencísima actriz irrumpió en el mundo del cine de la mejor manera posible con su primer trabajo, ya que su participación como protagonista en la película La Flaqueza del Bolchevique junto a Luis Tosar le valió el Goya a la mejor actriz revelación del año. Tras su exitoso primer trabajo, María Valverde es reclamada por el realizador italiano Luca Guadagnino para trabajar en la adaptación cinematográfica de la polémica novela italiana Melissa P. El éxito es inmediato, se convierte en la segunda película más vista en la historia del cine italiano tras La Vida es bella.

Entre otros trabajos destacamos su participación como protagonista en la cuidada producción hispano-italiana dirigida por Antonio Hernández, Los Borgia, de nuevo con papel protagonista. María Valverde, considerada como la gran promesa del cine español, cuenta con un decena de películas en su filmografía cuando apenas ha cumplido 20 años. Entre sus trabajos más recientes cabe destacar el inminente estreno de Ladrones junto al otro ganador del Goya al mejor actor revelación Juan José Ballesta, o su reciente colaboración con el prestigioso director Antonio Saura en Io, Don Giovanni .