Après des études en théâtre à l'Université Laval et à l'École nationale de théâtre du Canada, Marie-Paule Leblanc commence sa carrière professionnelle sur scène. Elle joue dans de nombreux spectacles, tant au Québec qu'en France, où elle acquiert rapidement une solide réputation d'interprète.
En 1986, Marie-Paule Leblanc fait ses débuts à la télévision en interprétant le rôle de Mireille Laurier dans la série télévisée québécoise "Terre humaine". Ce rôle lui vaut un prix Gemini en 1987 et lance sa carrière au cinéma.
Pendant plusieurs années, elle joue dans des films canadiens, français et américains, dont certaines productions ont connu une large distribution. Elle interprète notamment le rôle de Simone dans "La Vie after" (1987), de Nathalie dans "Le Dîner de cons" (1998) et de Madeleine Martin dans "The Art of War" (2000).
En 1996, Marie-Paule Leblanc retourne à la scène pour jouer le rôle principal dans une adaptation au théâtre du roman de Maurice Richard "Un dimanche à la pêche". Sa performance est saluée par la critique et elle reçoit un prix Gémeaux en 1997 pour son interprétation.
En plus de sa carrière d'actrice, Marie-Paule Leblanc travaille également comme directrice artistique pour des compagnies de théâtre au Québec et en France. Elle est présidente du conseil d'administration de la Compagnie Jean-Duceppe à Montréal de 1997 à 2002, avant de devenir directrice de la compagnie Le Théâtre des Capucines à Paris de 2003 à 2005.
En 2018, Marie-Paule Leblanc est élue membre du Collège des Arts et des Lettres de l'Académie française. Elle reçoit le prix Denise-Pelletier en 2019 pour l'ensemble de son œuvre.
Marie-Paule Leblanc est mariée à l'acteur québécois François Létourneau, avec qui elle a deux enfants. Elle est également mère adoptive d'un enfant haitien.