Im Jahr 1679, als die Pest in Wien wütete, suchte Kaiser Leopold I. zusammen mit seiner dritten Gemahlin, Eleonore von Pfalz-Neuburg, Zuflucht in Linz. Dort kam am am 13. Dezember 1680 ihre Tochter Maria Elisabeth zur Welt. Nach dem Ende der zweiten Türkenbelagerung von 1683 wuchs die Erzherzogin am Wiener Hof heran. Sie erhielt eine sorgfältige Erziehung und wurde in Französisch, Italienisch und Latein unterrichtet. Zudem widmete sie sich der Erforschung ihres Stammbaums und verfasste im Alter von 19 Jahren eine Abhandlung über die Geschichte des Hauses Habsburg.
Im Jahr 1725 ernannte ihr Bruder, Kaiser Karl VI., Maria Elisabeth zur Statthalterin der österreichischen Niederlande. Sie fand sich in dem Land an der Nordsee von Anfang an gut zurecht und erwies sich als kompetente Regentin, wenngleich ihre genauen Befugnisse nicht vollständig überliefert sind. Sie hatte die Autorität, Bischöfe und Äbte zu ernennen, wobei diese Entscheidungen in Absprache mit dem Wiener Hof getroffen wurden. Dank eines grosszügigen Einkommens konnte sie standesgemäss residieren und trat als bedeutende Mäzenin, insbesondere im Bereich der Musik, hervor. Obwohl Maria Elisbaeths Politik in Wien mitunter kritisch betrachtet wurde, genoss sie bei den Niederländern hohes Ansehen und war beliebt.
1741 verstarb die Statthalterin auf Schloss Mariemont bei Morlanwelz im Hennegau in der Nähe von Charleroi – sie war unverheiratet und kinderlos geblieben. Ihre sterblichen Überreste wurden zunächst in der Kathedrale von Brüssel beigesetzt. Im Jahr 1749 wurden sie in die Wiener Kapuzinergruft überführt.