Su padre, Enrique Walsh, era un irlandés, que trabajaba como empleado del departamento contable de la New Western Railway of Buenos Aires (Ferrocarril Oeste de Buenos Aires) y tocaba muy bien el piano. De la cultura popular inglesa, María Elena tomaría las tradicionales canciones para niños, que su padre le cantaba de niña, así como el hábito de las construcciones verbales que caracterizan al nonsense británico, como una de las principales fuentes de inspiración en su obra. Su madre, Lucía Elena Monsalvo, era argentina, hija de padre argentino y madre andaluza. Se había casado con su padre, en segundas nupcias de éste, y tuvieron juntos dos hijas, Susana y María Elena. Del primer matrimonio, su padre tuvo también otros cuatro hijos.
A los 12 años decide ingresar a la Escuela de Bellas Artes Manuel Belgrano, ubicada en la Ciudad de Buenos Aires (Barracas), donde se radicó. Tímida y rebelde, leía mucho de adolescente. En 1945, a los 15 años, publicó su primer poema. En 1947, cuando contaba con 17 años, sufre la muerte de su padre y publica su primer libro, un poemario titulado Otoño imperdonable que recibió el segundo premio Municipal de Poesía, aunque el jurado se excusó diciéndole que no le habían otorgado el primero porque era demasiado joven. A pesar de su juventud, se trata de un libro notable, que llamó de inmediato la atención sobre ella del mundo literario hispanoamericano. Reúne poemas escritos entre los 14 y los 17 años, que sorprenden por la madurez expresiva y por un estilo natural, plenos de hallazgos y juegos líricos, como en Término, donde se define a sí misma como un sitio donde florecerá la muerte.
Luego de finalizar sus estudios secundarios en 1948, recibiéndose como profesora de Dibujo y Pintura, aceptó la invitación de Juan Ramón Jiménez (autor de Platero y yo) de visitarlo en su casa de Maryland (Estados Unidos), donde permanecería seis meses en 1949. De vuelta en Buenos Aires y ya sobre el filo de la mitad del siglo, María Elena frecuentaba los círculos literarios e intelectuales y escribía ensayos en diversas publicaciones. En 1951 publicó su segundo poemario, Baladas con Ángel. El libro fue editado en un mismo volumen con Argumento del enamorado, del igualmente joven escritor Ángel Bonomini, quien por entonces era novio de María Elena. El volumen constituye un todo en el que dos enamorados intercambian sus emociones expresadas en versos.
María Elena Walsh parecía comenzar a definir su vida como una de las más prometedoras figuras del mundo intelectual porteño. Sin embargo, aunque nadie lo percibiera, se sentía asfixiada: por las represiones familiares y sociales relacionadas con una sexualidad que siempre mantuvo reservada a la intimidad, por los celos y pequeñas traiciones del mundo cultural, y por un clima político polarizado entre peronismo y antiperonismo, tendencia esta última con la que se identificaba la joven, como lo hacía la mayor parte de la clase media. Algunos años después, al ver lo que hicieron los gobiernos antiperonistas, comenzaría sentir simpatías por el peronismo y su significado de progreso para los sectores populares. Pero en ese momento, su vida estaba a punto de pegar un notable viraje.
María Elena Walsh inició su asociación artística y afectiva con Leda Valladares en 1951, por carta. En ese entonces tenía 21 años, once menos que Valladares, una artista tucumana relacionada con el folklore cotidiano del noroeste -hija del mítico folklorista Chivo Valladares- y una de las primeras mujeres en egresar de la Universidad Nacional de Tucumán. En 1952 se instalaron en París y comenzaron a cantar canciones folklóricas de tradición oral de la región andina de Argentina, como carnavalitos, bagualas y vidalas.
De regreso en la Argentina en 1956, Leda y María realizaron una extensa gira por el noroeste argentino en donde reunieron varias canciones que grabarían luego en sus dos primeros álbumes realizados en su país. Muchas de esas canciones se instalarían en el cancionero folklórico. Por entonces comenzaron a aparecer las diferencias entre ambas que llevaría a su separación: mientras Leda Valladares reivindicaba el valor del indigenismo y del folklore puro, en el sentido de la creación anónima, María Elena Walsh se inclinaba a la creación de nuevas expresiones, alimentándose de las raíces folklóricas, pero sin estar estrictamente restringidas a ellas, orientándose por los valores de la justicia social, el feminismo y el pacifismo.
En 1958 María Herminia Avellaneda le ofreció a Walsh escribir guiones de televisión para programas infantiles. En 1960 Leda y María mostraron un notable viraje en su estilo al grabar Canciones de Tutú Marambá, en la que cantan canciones infantiles que Walsh había escrito para los guiones que estaba realizando para la televisión. Allí se incluyen las primeras cuatro canciones que harían famosa a María Elena Walsh en la música infantil: "La vaca estudiosa", "Canción del pescador", "El Reino del Revés" y "Canción de Titina".
De ese modo nació la idea de hacer un espectáculo musical-dramático para niños que se llamó Canciones para mirar. La obra estaba compuesta a partir de doce canciones de Walsh, que cantaban Leda y María vestidas como juglares. Doña Disparate y Bambuco fue la última presentación de Leda y María. En esta obra aparecen el Mono Liso, y sobre todo la tortuga Manuelita, el personaje más paradigmático y conocido del universo infantil creado por María Elena Walsh. La obra tenía una similitud con el clima onírico de Alicia en el país de las maravillas.
En 1968 estrenó su espectáculo de canciones para adultos Juguemos en el mundo, que se constituyó en un acontecimiento cultural que influiría fuertemente en la nueva canción popular argentina, que venía conformándose desde diversos enfoques, como el Movimiento del Nuevo Cancionero impulsado por músicos como Mercedes Sosa y Armando Tejada Gómez, el folklore vocal que estaban desarrollando grupos como los Huanca Hua y el Cuarteto Zupay.
Asfixiada por la censura impuesta por la dictadura militar, en julio de 1978, en plena Copa Mundial de Fútbol, decidió "no seguir componiendo ni cantar más en público". Paradójicamente, varias de sus canciones se volvieron símbolo de la lucha por la democracia, como Como la cigarra, Canción de cuna para un gobernante, Oración a la Justicia, Dame la mano y vamos ya, Balada del Comudus Viscach, Postal de guerra o su versión de We shall overcome (Venceremos), la clásica marcha del movimiento por los derechos civiles en Estados Unidos.
En 1985 fue nombrada Ciudadana Ilustre de la Ciudad de Buenos Aires y en 1990, Doctor Honoris Causa de la Universidad Nacional de Córdoba y Personalidad Ilustre de la Provincia de Buenos Aires. En 1994 apareció la recopilación completa de sus canciones para niños y adultos y en 1997, Manuelita ¿dónde vas? Falleció el 10 de enero de 2011 a los 80 años en el Sanatorio de la Trinidad después de una prolongada internación a causa de su cáncer óseo. Sus restos se velaron en la sede central de SADAIC y posteriormente fueron inhumados en el panteón que posee esta entidad en el Cementerio de la Chacarita.
