Маша Миронова – молодая девушка, дочь коменданта Белогорской крепости. Именно её имел в виду автор, давая название своей повести. Познакомившись с Гринёвым, Маша полюбила его. После ссоры Швабрина с Гринёвым, она рассказала про предложение Швабрина стать его женой. На это предложение Маша, естественно, ответила отказом: “Алексей Иваныч, конечно, человек умный, и хорошей фамилии, и имеет состояние; но как подумаю, что надобно будет под венцом при всех с ним поцеловаться. Ни за что! Ни за какие благополучия!” Маша, не мечтавшая о сказочном богатстве, не хотела выходить замуж по расчёту. 
На дуэли со Швабриным Гринёв был тяжело ранен и несколько дней пролежал без сознания. Все эти дни Маша ухаживала за ним. Придя в себя, Гринёв признаётся ей в любви, после чего “она безо всякого жеманства призналась Гринёву в сердечной склонности и сказала, что её родители будут рады её счастью”. Но Маша не хотела выходить замуж без благословения его родителей. Благословения Гринёв не получил, и Маша сразу же отдалилась от него, хотя ей очень трудно было это сделать, так как её чувства по-прежнему оставались сильны. 
После захвата крепости Пугачёвым родители Маши были казнены, а её спрятала в своём доме попадья. Швабрин, запугав попа с попадьей, забрал Машу и посадил под замок, заставляя выйти замуж за него. К счастью, ей удаётся отправить письмо Гринёву с просьбой об освобождении: “Богу угодно было лишить меня вдруг отца и матери: не имею на земле ни родни, ни покровителей. Прибегаю к вам, зная, что вы всегда желали мне добра и что вы всякому человеку готовы помочь...”. 
Гринёв не оставил её в трудную минуту и приехал вместе с Пугачёвым. У Маши состоялся разговор с Пугачёвым, из которого тот узнал, что Швабрин ей не муж. Она сказала: “Он мне не муж. Я никогда не буду его женою! Я лучше решилась умереть, и умру, если меня не избавят”. После этих слов Пугачёв всё понял: “Выходи, красная девица; дарую тебе волю”. Маша видела перед собой человека, который был убийцей её родителей, и, наряду с этим, её избавителем. И вместо слов благодарности “она закрыла лицо обеими руками и упала без чувств”. 
Пугачёв отпустил Гринёва с Машей, сказав при этом: “Возьми себе свою красавицу; вези её куда хочешь, и дай вам бог любовь да совет!” Они поехали к родителям Гринёва, но по дороге Гринёв остался воевать в другой крепости, а Маша с Савельичем продолжили свой путь. Родители Гринёва хорошо приняли Машу: “они видели благо дать божию в том, что имели случай приютить и обласкать бедную сироту. Вскоре они к ней искренно привязались, потому что нельзя было её узнать и не полюбить”. Любовь Гринёва к Маше уже не казалась его родителям “пустою блажью”, они только и желали, чтобы их сын женился на капитанской дочке. 
Вскоре Гринёва арестовали. Маша очень сильно переживала, ведь она знала настоящую причину ареста и считала себя виновной в несчастьях Гринёва. “Она скрывала от всех свои слёзы и страдания и между тем непрестанно думала о средствах, как бы его спасти”. 
Маша собралась ехать в Петербург, сказав родителям Гринёва, что “вся будущая судьба её зависит от этого путешествия, что она едет искать покровительства и помощи у сильных людей как дочь человека, пострадавшего за свою верность”. В Царском Селе, гуляя по саду, она встретилась и разговорилась с одной знатной дамой. Маша рассказала ей про Гринёва, и дама обещала помочь, поговорив с императрицей. Вскоре Машу позвали во дворец. Во дворце она узнала в императрице ту самую даму, с которой разговаривала в саду. Императрица объявила ей об освобождении Гринёва, сказав при этом: “Я в долгу перед дочерью капитана Миронова”. 
Во встрече Маши с императрицей по-настоящему раскрывается характер капитанской дочки — простой русской девушки, трусливой по натуре, безо всякого образования, нашедшей в себе в необходимый момент достаточно силы, твёрдости духа и непреклонной решительности, чтобы добиться оправдания своего ни в чём не виновного жениха.