Elle a commencé sa carrière en karting en 1994 à l'âge de dix ans, puis a passé aux courses sur circuit. Elle a participé au Championnat de France des voitures de tourisme de 2003 à 2006. En 2007, elle s'est engagée dans le Championnat de France Junior Rally et a remporté cette compétition dès sa première année.
En 2008, Marie-Pierre Vernay a participé au Championnat de France des rallyes (FR4) et a terminé troisième du classement général. En 2009, elle a rejoint l'équipe Peugeot Sport pour participer à la coupe Peugeot 207 S2000 et a remporté cette compétition.
En 2010, Marie-Pierre Vernay a fait ses débuts en WRC dans le Rallye de Monte-Carlo avec l'équipe Proton Satria Neo World Rally Team. Elle a terminé onzième du rallye et a marqué les esprits en remportant la catégorie Super 1600. En 2011, elle a terminé dixième du rallye de Monte-Carlo et a réédité sa performance dans la catégorie Super 1600.
En 2013, Marie-Pierre Vernay a rejoint l'équipe Abu Dhabi Total World Rally Team pour conduire une Ford Fiesta RS WRC. Elle a terminé quatrième du rallye de Finlande et a terminé dixième du classement général de la saison. En 2014, elle a terminé cinquième du rallye de Finlande et a terminé septième du classement général de la saison.
En 2015, Marie-Pierre Vernay a remporté le Rallye de Monte-Carlo pour la première fois, à bord d'une Ford Fiesta RS WRC. Elle a également marqué les esprits en terminant deuxième du rallye de Suède et troisième du rallye de Finlande. En 2016, elle a terminé quatrième du rallye de Suède, cinquième du rallye de Finlande et sixième du rallye de Monte-Carlo.
En 2017, Marie-Pierre Vernay a rejoint l'équipe M-Sport World Rally Team pour conduire une Ford Fiesta WRC. Elle a terminé quatrième du rallye de Suède, troisième du rallye de Finlande et cinquième du rallye de Monte-Carlo. En 2018, elle a terminé sixième du rallye de Suède, septième du rallye de Finlande et huitième du rallye de Monte-Carlo.
Marie-Pierre Vernay est mariée avec un pilote automobile français, Sébastien Loeb, qui est l'un des pilotes les plus titrés de l'histoire du sport automobile. Ils ont deux enfants ensemble.