Nakon završenih studija, Marija započinje rad na Psihijatrijskoj klinici u Rimu, gde je radila sa decom koja su imala teškoće u razvoju. Loši uslovi na klinici i azilima, neadekvatna nega, kao i način na koji su se ophodili prema deci duboko su dirnuli Mariju Montesori. Ne samo njeno srce, već i njen genijalni um koji počinje da uočava pojedinosti. Posmatrajući decu kako se igraju samo sa mrvicama hleba ispod stola, odvojena od ostatka sveta, dolazi do zaključka da njihovo ponašanje u takvim situacijama predstavlja jasan napor u pokušaju da spoznaju svet oko sebe rukama, da su ruke oruđe za razvoj mozga, što je kasnije i bila glavna okosnica njene metode. Upravo na tom mestu, Marija otpočinje karijeru koja je donela veliku slavu.

Rad Marije Montesori sa decom koja imaju teškoće u razvoju pridobija sve više pažnje u naučnim krugovima. Biva pozvana da održi veliki broj predavanja i kurseva. U tom periodu je intenzivno radila na osmišljavanju načina rada, metoda, aktivnosti i didaktičkog materijala. Provodila je po ceo dan sa decom, a uveče bi sređivala beleške uvodeći analitički i naučni stav u svoj rad. Za dve godine kontinuiranog rada sa ovom decom, Marija je uspela da ih nauči da čitaju, pišu i računaju, a zatim i polože ispit za državne škole. Ovaj period se smatra  presudnim za Marijin prelazak u obrazovnu sferu.

Marija je nastavila da se usavršava i proširuje svoja znanja izučavajući psihologiju, pedagogiju i antropologiju, nastojeći da na taj način da pronađe što bolje metode u podučavanju dece. Nakon završetka studija, radila je kao predavač na Pedagoškom univerzitetu. Njena predavanja su bila jako posećena. Isticala je i podučavala studente da je učenje individualno uslovljeno, da je posao učitelja da pomogne, ne da osuđuje i da istinski mentalni rad ne iscrpljuje već nadahnjuje i hrani.

1907. godine u jednoj stambenoj zgradi, u San Lorencu, Marija je otvorila prvu „Dečju kućuˮ (Casa dei Bambini), koju su pohađala deca tipičnog razvoja, uzrasta od tri do šest godina i koja su učila uz primenu njenih metoda – duboku koncentraciju, disciplinu i smisao za red. Istovremeno je obučavala i učitelje, čime je kontinuirano bogatila svoje pedagoško iskustvo, sprovodila svoje ideje i označila početak rađanja jednog novog pravca u pedagogiji. Uskoro je „Dečja kućaˮ postala vrlo poznata i posećivana. U narednih godinu dana otvoreno je još pet Dečijih kuća, četiri u Rimu i jedna u Milanu. Deca su već sa šest godina znala da čitaju, što je bila prava retkost u to vreme kada je većina stanovništva Italije bila nepismena. U Dečjim kućama se otvaraju grupe i za stariju decu, a Marija aktivno ukazuje na značaj promene pristupa u obrazovanju i vaspitanju decu i promene ponašanja odraslih prema deci. Dečje kuće se otvaraju i širom Engleske i Amerike. Učenja Marije Montesori su doživela veliku ekspanziju, a Montesori društva, škole i kursevi su postojali širom sveta. Marija Montesori je mnogo vremena provodila putujući, držeći predavanja i govore. Tri puta je nominovana za Nobelovu nagradu za mir. Nosilac je Francuske legije časti.

Umrla je u Nordviku kraj Amsterdama, 6.maja 1952.godine, gde je i sahranjena. Na njenom nadgrobnom spomeniku po njenoj želji je napisano:

„Molim dragu decu, koja sve mogu, da zajedno sa mnom rade na izgradnji mira među ljudima i na celom svetu.“

O značaju njenog bivstvovanja svedoče i današnji podaci koji govore u prilog tome da u svetu ima preko četiri hiljade vrtića i škola širom sveta koji rade po Montesori metodi. Marija Montesori svakako je bila žena ispred svog vremena.