Након завршених студија, Марија започиње рад на Психијатријској клиници у Риму, где је радила са децом која су имала тешкоће у развоју. Лоши услови на клиници и азилима, неадекватна нега, као и начин на који су се опходили према деци дубоко су дирнули Марију Монтесори. Не само њено срце, већ и њен генијални ум који почиње да уочава појединости. Посматрајући децу како се играју само са мрвицама хлеба испод стола, одвојена од остатка света, долази до закључка да њихово понашање у таквим ситуацијама представља јасан напор у покушају да спознају свет око себе рукама, да су руке оруђе за развој мозга, што је касније и била главна окосница њене методе. Управо на том месту, Марија отпочиње каријеру која је донела велику славу.

Рад Марије Монтесори са децом која имају тешкоће у развоју придобија све више пажње у научним круговима. Бива позвана да одржи велики број предавања и курсева. У том периоду је интензивно радила на осмишљавању начина рада, метода, активности и дидактичког материјала. Проводила је по цео дан са децом, а увече би сређивала белешке уводећи аналитички и научни став у свој рад. За две године континуираног рада са овом децом, Марија је успела да их научи да читају, пишу и рачунају, а затим и положе испит за државне школе. Овај период се сматра  пресудним за Маријин прелазак у образовну сферу.

Марија је наставила да се усавршава и проширује своја знања изучавајући психологију, педагогију и антропологију, настојећи да на тај начин да пронађе што боље методе у подучавању деце. Након завршетка студија, радила је као предавач на Педагошком универзитету. Њена предавања су била јако посећена. Истицала је и подучавала студенте да је учење индивидуално условљено, да је посао учитеља да помогне, не да осуђује и да истински ментални рад не исцрпљује већ надахњује и храни.

1907. године у једној стамбеној згради, у Сан Лоренцу, Марија је отворила прву „Дечју кућуˮ (Casa dei Bambini), коју су похађала деца типичног развоја, узраста од три до шест година и која су учила уз примену њених метода – дубоку концентрацију, дисциплину и смисао за ред. Истовремено је обучавала и учитеље, чиме је континуирано богатила своје педагошко искуство, спроводила своје идеје и означила почетак рађања једног новог правца у педагогији. Ускоро је „Дечја кућаˮ постала врло позната и посећивана. У наредних годину дана отворено је још пет Дечијих кућа, четири у Риму и једна у Милану. Деца су већ са шест година знала да читају, што је била права реткост у то време када је већина становништва Италије била неписмена. У Дечјим кућама се отварају групе и за старију децу, а Марија активно указује на значај промене приступа у образовању и васпитању децу и промене понашања одраслих према деци. Дечје куће се отварају и широм Енглеске и Америке. Учења Марије Монтесори су доживела велику експанзију, а Монтесори друштва, школе и курсеви су постојали широм света. Марија Монтесори је много времена проводила путујући, држећи предавања и говоре. Три пута је номинована за Нобелову награду за мир. Носилац је Француске легије части.

Умрла је у Нордвику крај Амстердама, 6.маја 1952.године, где је и сахрањена. На њеном надгробном споменику по њеној жељи је написано:

„Молим драгу децу, која све могу, да заједно са мном раде на изградњи мира међу људима и на целом свету.“

О значају њеног бивствовања сведоче и данашњи подаци који говоре у прилог томе да у свету има преко четири хиљаде вртића и школа широм света који раде по Монтесори методи. Марија Монтесори свакако је била жена испред свог времена.