Sa mère, Minnie Riperton, était une chanteuse renommée pour sa voix soprano exceptionnelle, tandis que son père, Richard Rudolph, était un producteur de musique et un membre du groupe de rock The Fifth Dimension. Maya a grandi entourée de la musique et a été formée au sein de l'industrie musicale, chantant dans le groupe de rock Rising Tide avec sa sœur Kate Rudolph à la fin des années 1980 et au début des années 1990.
En 2000, Maya Rudolph est engagée par Saturday Night Live pour incarner les personnages de Donatella Versace, Oprah Winfrey et Beyoncé Knowles. Elle a également créé des personnages originaux tels que Sheena Snakehole et Amber, une jeune femme enceinte.
Au cinéma, Maya Rudolph a joué dans un grand nombre de productions, notamment In Her Shoes, Idiocracy, The 40-Year-Old Virgin, Knocked Up, Bridesmaids et Away We Go. Elle a également fourni la voix de plusieurs personnages dans les films d'animation tels que Shrek le troisième, Alvin et les Chipmunks, Rien que du mal, Les Poupées singulières ou encore Les Indestructibles 2.
En 2016, Maya Rudolph rejoint la distribution de The Unbreakable Kimmy Schmidt, une série télévisée à succès créée par Tina Fey. Elle y joue le rôle d'une femme enceinte et amie de la titulaire du titre Kimmy Schmidt.
Maya Rudolph est également connue pour sa carrière musicale. En 2015, elle a sorti l'album Gemini avec son groupe Maya and theMayas. Elle est aussi apparue en tant qu'invitée sur les albums de Regina Spektor, The Decemberists et The New Pornographers.
Enfin, Maya Rudolph a été nominée pour plusieurs prix à travers sa carrière, dont un Emmy Award pour son travail sur Saturday Night Live. Elle est également lauréate du Screen Actors Guild Award pour ses rôles dans Bridesmaids et The Unbreakable Kimmy Schmidt.
Depuis 2001, Maya Rudolph est en couple avec l'acteur Paul Thomas Anderson. Le couple a eu quatre enfants ensemble.