Licenciada em Filologia Germânica pela Universidade de Lisboa, foi professora do ensino particular e mais tarde funcionária do Instituto Nacional de Investigação Industrial. Fez o Curso de Grupo-Análise da Sociedade Portuguesa de Neurologia e Psiquiatria. Foi membro da Direcção e Presidente da Associação Portuguesa de Escritores, de 1973 a 1978. Foi também leitora do Departamento de Estudos Portugueses e Brasileiros do King’s College, Universidade de Londres, entre 1980 e 1987. Foi incumbida pelo Estado português de funções de carácter cultural: adjunta do secretário de Estado da Cultura em 1979 e adida cultural em Cabo Verde de 1988 a 1991. Desempenhou ainda funções na Comissão Nacional para as Comemorações dos Descobrimentos Portugueses e no Instituto Camões.
Literariamente, Maria Velho da Costa situa-se numa linha de experimentalismo linguístico que renovou a literatura portuguesa na década de 60, destacando-se no entanto na sua geração de novelistas pelo virtuosismo único com que manuseia a língua, associando à transgressão formal uma forte relação dialógica com obras da tradição literária portuguesa desde a Idade Média até à contemporaneidade. Nos seus livros, o ludismo desse diálogo é transmitido de várias maneiras, desde as citações até à escrita «à maneira de» Agustina Bessa-Luís ou de Nuno Bragança, por exemplo, em pastiche paródico de alguns dos seus autores de referência. A esta extrema riqueza vocabular e estilística, associa temas como o da intimidade infantil, o da linguagem-afectividade e o da condição feminina, este integrado numa temática mais ampla de cariz social. Foi, aliás, uma violenta crítica à mísera condição social, política e humana da mulher na sociedade portuguesa que resultou da escrita, com Maria Teresa Horta e Maria Isabel Barreno – as «Três Marias» – das célebres Novas Cartas Portuguesas (1972), obra que o regime salazarista, então já a entrar na chamada «Primavera Marcelista», não resistiria a condenar em tribunal por ofensas à moral vigente, dando origem a um processo judicial que movimentou cultural e politicamente a Europa e não só, chamando a atenção de forma particularmente veemente para o estado absurdo em que se vivia, na época, em Portugal.
Senhora de uma obra com uma energia sem paralelo, Maria Velho da Costa é responsável por alguns dos romances mais importantes do panorama literário contemporâneo, como Maina Mendes (1969), Casas Pardas (1977), ou Missa in Albis (1988), bem como por várias obras de prosa poética, contos, crónicas, análise social e, mais recentemente, teatro (Madame, de 1999, em que faz encontrar em cena duas personagens femininas dos autores maiores do realismo em língua portuguesa: Eça de Queirós e Machado de Assis).
Foi galardoada, em 1997, com o Prémio Vergílio Ferreira, da Universidade de Évora, pelo conjunto da sua obra. Em 2002 recebeu o Prémio Camões. Em 2020 a Sociedade Portuguesa de Autores «decidiu criar, com periodicidade anual, o Prémio Literário Maria Velho da Costa, homenageando a escritora que foi cooperadora destacada e exemplar.»
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