Marie Thornam kom fra en familie, hvor flere af kvinderne valgte en kunstnerisk uddannelse; hun var kusine til Emmy og Ludovica Thornam, der begge levede af deres profession som henholdsvis landskabs- og blomstermaler og portræt- og genremaler.

Marie Thornam blev ikke optaget på akademiet, men blev undervist i tegning først af faderen, som hun senere hjalp med at farvelægge tegninger til Flora Danica og til illustrationer til Botanisk Tidsskrift. Efter tegneundervisningen modtog hun undervisning af landskabsmalerne Hans Fischer (1849–1886) og Andreas Fritz (1828–1906). Hun hentede motiver til sine landskabsmalerier fra egnen omkring Lyngby, Sorgenfri og Bagsværd og udstillede fra 1887 flere gange på Charlottenborg.

Marie Thornam formåede også - som i øvrigt kun ganske få kvinder på den tid - at leve af sit arbejde som kunstner og som underviser på den tegne og maleskole, hun i begyndelsen af 1890'erne drev i Lyngby.