Née le 3 juillet 1965 à Shédiac au Nouveau-Brunswick, Marie-Jo Thério grandit à Moncton, où très tôt elle apprend le piano. À 16 ans, elle monte son premier spectacle dans sa ville natale, puis quitte l'Acadie pour Montréal un an plus tard pour étudier la littérature et le théâtre.
Remarquée par l'auteur Michel Tremblay, elle obtient le rôle de Gertrude, la sœur d'Émile Nelligan, dans l'opéra romantique consacré au poète, qu'il prépare avec André Gagnon. Le spectacle reçoit le prix du spectacle de l'année lors du gala de l'ADISQ.
Par la suite, Marie-Jo tient le rôle de Laura dans le très populaire téléroman Chambres en ville et joue également dans quelques comédies musicales, dont Les Misérables et Notre-Dame de Paris.
En 1995, elle enregistre un premier album, Comme de la musique, suivi d'un spectacle et d'une tournée. En 1997, elle rencontre Georges Moustaki au Festival d'été de Québec, qui l'invite à faire sa première partie au Casino de Paris.
En 1999, elle tourne dans le drame de mœurs Full Blast du cinéaste acadien Rodrigue Jean. Son interprétation lui mérite le Jutra de la meilleure actrice de soutien.
En 2000, dans sa « cabane de Verchères », elle enregistre l'album La Maline avec Bernard Falaise et Erik West Millet. Ce deuxième disque est encensé par le public et la critique et est suivi d'une tournée. En 2001, elle rencontre Olivier Bloch-Lainé.; de cette rencontre résulte l'album Les Matins habitables..
L'album double Chasing Lydie, véritable "road movie sonore", sorti en avril 2011, part sur les traces d'une grand-tante chanteuse, immigrée aux États-Unis dans les années 1920.
L'album LIVE Trois petits tours d'automne, enregistré durant trois soirs, avec trois musiciens improvisateurs différents chaque soir, sort à l'automne 2014.
En 2020, elle offre une réédition de La Maline et une captation LIVE du spectacle Un trois août au Spectrum de Montréal.
En 2023 et 2024, Marie-Jo Thério fait un retour sur scène avec le spectacle La Maline, 20 ans et quelques lunes.