Nascida na Bahia, é a sexta filha de José Teles Veloso (Seu Zezinho), funcionário público dos Correios, e de Claudionor Viana Teles Veloso (Dona Canô). O nome foi escolhido pelo irmão Caetano Veloso, por inspiração de uma canção famosa da época, a valsa Maria Betânia, um sucesso na voz de Nélson Gonçalves, do compositor Capiba.
Na infância sonhava em ser atriz, mas o dom para a música falou mais alto. Participou na juventude de espetáculos semi-amadores em parceria com Tom Zé, Gal Costa, Caetano Veloso e Gilberto Gil. Em 1963, estreou como cantora na peça Boca de Ouro, de Nelson Rodrigues. No ano seguinte, apresentou espetáculos como Nós por Exemplo, Mora na Filosofia e Nova Bossa Velha, Velha Bossa Nova, ao lado do irmão Caetano Veloso e o colega Gilberto Gil, então iniciantes, a quem lançou como compositores e cantores nacionais e a cantora Gal Costa, dentre outros.
Revolucionou a forma de se fazer espetáculos no Brasil, intercalando músicas com poemas criando um estilo próprio e que muito lembra peças teatrais. Vários dos espetáculos estão entre os mais importantes da história da música popular brasileira, onde se destaca Rosa dos Ventos (1971) e isso explica a presença de vários discos ao vivo na carreira da artista; já como intérprete, Chico Buarque, Caetano Veloso, Gilberto Gil, Tom Jobim, Noel Rosa, Gonzaguinha, Roberto Carlos, Vinícius de Moraes, Roberto Mendes, Jorge Portugal e Milton Nascimento, são os compositores com maior número de interpretações na voz.
