Nata il 17 novembre del 1908 dalla scrittrice lèttone (e medico) Olga Resnevitch e da Angelo Signorelli, uno dei primi radiologi italiani, Maria – la prima di tre bambine - raccolse fin dalla primissima età le molte suggestioni che le vennero dall’ambiente familiare e dal salotto che suo padre e particolarmente sua madre, appassionata di teatro e biografa di Eleonora Duse, tennero per anni nel romano Palazzetto Bonaparte di via XX Settembre.   

Dopo il compimento degli studi classici, si iscrisse all’Accademia di Belle Arti di Roma e prese a frequentare lo studio di scenografia del Teatro Reale, diretto al tempo da Nicola Benois;. La passione per il disegno, il colore e il teatro la portarono a creare i suoi primi fantocci, sculture morbide, che furono esposte per la prima volta nel 1929 alla Casa d’Arte Bragaglia di via degli Avignonesi. Ad una successiva mostra alla Galleria Zak di Parigi, presentata da De Chirico, seguì un lungo soggiorno a Berlino che fu coronato da una nuova mostra alla Galeria Gurlitt. 

Tornata in Italia, iniziò a collaborare con Anton Giulio Bragaglia in numerosi spettacoli allestiti al Teatro degli Indipendenti e poi al Teatro delle Arti di Roma. Nel 1934 ideò assieme a Carlo Rende ilPluriscenio , un progetto di palcoscenico costruito in modo da potere presentare contemporaneamente sette ambienti: presentato a Roma alle “Stanze del libro”, indi altrove in Italia ed a Buenos Aires, fu molto apprezzato da Bragaglia e lodato da Marinetti.  

Nel 1937 raccoglie la proposta della cantante svizzera Maria Amstad ed inizia a creare i suoi primi spettacoli di burattini: La boîte à joujoux e Bastien et Bastienne vengono presentati nella Sala dei Concerti Intimi di via Boncompagni a Roma. 

Nel 1939 sposa Luigi Volpicelli, il pedagogista. Pur portando avanti una intensa attività di scenografa, è solo a guerra finita, nel 1947, che Maria Signorelli fonda la compagnia L’Opera dei Burattini, alla cui attività, presto regolare, iniziano a collaborare artisti di vaglia: Lina Job Wertmüller, Gabriele Ferzetti e Scilla Brinib (tra gli attori), Enrico Prampolini, Ruggero Savinio e Toti Scialoja (tra i pittori-scenografi), Ennio Porrino, Vieri Tosatti e Roman Vlad (tra i compositori), Margherita Wallmann e Giuseppe De Martino (tra i registi).

Prende vita man mano un repertorio diretto sia agli adulti, attratti da messinscene di grande poesia, sia all’infanzia, cui i burattini aprono un mondo di fiaba che non manca di valenze educative. Tra i maggiori spettacoli ispirati da opere letterarie: Re cervo (Gozzi), La favola del pesciolino d’oro (Pushkin), l’Usignolo e la rosa (Wilde), La tempesta (Shakespeare), Faust (Guido Bonneschk), l’Inferno di Dante, La Rivoluzione Francese (G. Ceronetti), Antigone (Brecht) e molti altri. Il suo particolare virtuosismo nel concepire burattini-ballerini e nell’agirli rese celebri alcuni suoi balletti, come Cenerentola. (Prokofiev), El Retablo de Maese Pedro (De Falla) e La boîte à joujoux (Debussy). 

All’intensa produzione spettacolare, alle svariate centinaia di burattini da lei creati con una vena che si compiace di soluzioni geniali a volte nella efficacia e semplicità, a volte nella raffinatezza, M. Signorelli affianca un notevole impegno didattico, che la porta ad insegnare dal 1972 nel corso di teatro di animazione appositamente istituito per lei al DAMS di Bologna, a creare diverse trasmissioni radiofoniche (tra cui: Moto perpetuo, 1953-54; Giochiamo al teatro, 1967-68) e televisive (come Serata di gala al Teatro dei Burattini, 1958; Piccolo mondo magico, 1959; Pomeriggio all’Opera, 1960, e diverse altre), nonché a lavorare a conferenze e articoli su periodici specializzati nella didattica. 

Fu autrice di vari libri, tra cui: Storia e tecnica del teatro delle ombre (1981), Il Gioco del burattinaio (1975) e Strumenti musicali fatti in casa (1977). 

La sua appassionata attività di collezionista la porta anche all’allestimento di un gran numero di mostre in Italia ed all’estero sul teatro di figura di tutte le epoche. Nel contempo sono numerose le mostre che delle sue creazioni vengono allestite in Italia e nel mondo. 

Membro del Consiglio Mondiale dell’UNIMA (Union Internationale de la Marionnette), fondata a Praga nel 1929, M. Signorelli, partecipò, alla fine della seconda guerra mondiale, alla rinata attività dell’associazione sin dal primo Congresso del 1957, convinta, com’era, che “il teatro di pupazzi riproponendo il mondo umano nei termini delle marionette e del burattino o delle figure d’ombre o comunque altro sia, apre spazio enorme al bisogno di evasione e di poesia che si annida in ciascuno di noi”.

Nel 1961 organizzò a Frascati, Villa Falconieri, una Conferenza internazionale dell'UNIMA ed anche in concomitanza un Festival internazionale della marionetta al teatro Valle di Roma.

M.Signorelli partecipò poi alla creazione della sezione italiana dell’Unima, nel 1980, di cui assunse la Presidenza. In seguito ne fu a lungo Presidente onorario.

Si spegne a Roma il 9 luglio 1992.