Майя Владимировна Кристалинская родилась 24 февраля 1932 года в Москве. Еще во время учёбы в школе Майя занималась в детском хоре Центрального дворца детей железнодорожников под руководством И. Дунаевского.
После окончания школы она еще не думала об артистической карьере и в 1950 году поступила в Московский авиационный институт. Любовь к песне привела ее в институтскую художественную самодеятельность. После окончания института она уехала по распределению в Новосибирск и работала в авиационном конструкторском бюро, а через три года вернулась в Москву и стала работать в КБ А. Яковлева.
В 1957 году Кристалинская стала лауреатом Московского международного фестиваля молодёжи и студентов, на котором выступала с самодеятельным ансамблем «Первые шаги» под руководством Ю. Саульского. В том же году она вышла замуж за писателя Аркадия Арканова. Брак был недолгим и вскоре распался.
В 1960 году Майя Кристалинская записала песню Маши для кинофильма «Жажда» и с выходом фильма стала популярна в СССР. Она много гастролировала по стране, работала с джаз-оркестрами Эдди Рознера и Олега Лундстрема, тиражи пластинок с исполняемыми ею песнями быстро раскупались.
В возрасте 29 лет врачи обнаружили у неё тяжёлую болезнь – лимфогранулематоз. Она прошла тяжёлый курс лечения, но с тех пор ей пришлось выходить на сцену с косынкой на шее. Это нисколько ее не портило, напротив - появились подражетельницы ее «фирменного» стиля.
В 1966 Майя Кристалинская была признана лучшей эстрадной певицей года.
В 1970 году председателем Гостелерадио был назначен С. Лапин. Многие певцы оказались в опале, в том числе и Майя Кристалинская. С тех пор и до конца жизни ей пришлось гастролировать в сельских клубах, в райцентрах Тульской, Рязанской, Орловской областей. Её убрали с радио за «пропаганду грусти».
В последние годы жизни она переводила с немецкого языка книгу Марлен Дитрих «Размышления». Книга вышла в СССР уже после смерти Майи Кристалинской – в 1984 у неё резко ухудшилось состояние здоровья и 19 июня 1985 года она скончалась. Похоронена на Донском кладбище в Москве.