Marie Sandholt kom ud af en velbjærget familie og uddannede sig ved Tegne- og Kunstindustriskolen for Kvinder og siden på Kunstakademiets Kunstskole for Kvinder. Hun arbejdede særligt med landskabsmalerier, figurkompositioner og portrætter og blev især præget af Viggo Pedersen (1854–1926), hos hvem hun var i huset og samtidigt blev undervist i malerkunsten i perioden 1897–1899. Fra 1900 til 1910 tager hun på flere udlandsrejser i Europa, navnlig ophold i Italien og i Paris, hvor hun modtager undervisning på Académie Colarossi under Chr. Krohg (1852–1925).

Marie Sandholt modtog gennem livet adskillige stipendier og legater og arbejdede endvidere som underviser i 1905–06 broderi på Tegne- og Kunstindustriskolen for Kvinder og også som formgiver for Den Kgl. Porcelainsfabrik og hos Bing & Grøndahl.

Hun udstillede hyppigt på Charlottenborg med debut i 1895 og frem til sin død, ligesom hun også flere gange udstillede på K. E., på udstillinger rundt i landet og afholdt adskillige separatudstillinger i København.