Родилась 24 мая 1972 г. в с. Рисипень Фалештского района Молдавской ССР (ныне Республика Молдова).
В 1994 г. окончила факультет менеджмента Академии экономических наук Молдовы, в 1998 г. - магистратуру в области международных отношений Академии государственного управления при президенте Молдавии, в 2010 г. - магистратуру Гарвардского института государственного управления имени Джона Ф. Кеннеди (Harvard Kennedy School of Government; Кембридж, США).
В 1994-1996 гг. работала главным специалистом отдела сотрудничества с Евросоюзом и странами Черноморского бассейна департамента внешнеэкономических отношений Министерства экономики Молдавии.
В 1996-1998 гг. - консультант, затем заместитель руководителя главного управления по сотрудничеству с международными экономическими организациями Министерства экономики Молдавии.
С 1998 по 2005 г. работала экономистом в молдавском представительстве Всемирного банка.
В 2005-2006 гг. Майя Санду занимала должность руководителя главного управления макроэкономической политики и программ развития Министерства экономики Молдавии.
В 2007 г. была координатором программ Организации Объединенных Наций в Республике Молдова.
В 2007-2009 гг. - консультант объединения административной поддержки Управления координирования политики и внешней помощи правительства Молдавии (по реформе в области госзакупок).
С 2010 по 2012 г. занимала должность советника исполнительного директора Всемирного банка (Вашингтон, США).
С 24 июля 2012 г. по 18 июня 2015 г. была министром просвещения Республики Молдова в правительствах Юрия Лянкэ и Кирилла Габурича. На посту министра инициировала ужесточение контроля над сдачей экзаменов, усиление борьбы с коррупцией в ведомстве.
В сентябре 2014 г. заявила о своей поддержке Либерал-демократической партии Молдовы (ЛДПМ). При этом членом партии не являлась.
С 18 июня 2015 г. исполняла обязанности министра просвещения Молдавии (после отставки премьер-министра Кирилла Габурича). Покинула должность 30 июля 2015 г., после заключения новой парламентской коалицией соглашения о распределении постов в правительстве (должность министра просвещения отошла Либеральной партии).
23 июля 2015 г. была выдвинута Либерал-демократической партией на пост премьер-министра страны, однако члены парламентской коалиции не смогли согласовать ее кандидатуру.
В конце 2015 г. Майя Санду объявила о создании собственного проевропейского политического проекта - Партии действия и солидарности. 16 мая 2016 г. была избрана ее председателем.
Осенью 2016 г. была выдвинута партией кандидатом на президентских выборах, назначенных на 30 октября. В случае избрания обещала продолжить проевропейский курс Молдавии и вести борьбу с коррупцией. В октябре свои кандидатуры в пользу Санду как единого кандидата от проевропейской оппозиции сняли лидер "Платформы "Достоинство и правда" Андрей Нэстасе и глава правящей Демократической партии Молдовы Мариан Лупу.
30 октября 2016 г. в первом туре выборов президента Республики Молдова Майя Санду заняла второе место (38,71% голосов), уступив лидеру Партии социалистов Игорю Додону (47,98% голосов). Во втором туре 13 ноября 2016 г. вновь уступила Игорю Додону (52,11%), получив 47,89% голосов избирателей.
24 февраля 2019 г. была избрана депутатом парламента по одномандатному округу №50 (Западная Европа) от избирательного блок Acum ("Сейчас"), созданного Партией действия и солидарности и "Платформой "Достоинство и правда". Набрала 81% голосов избирателей. Блок занял третье место после социалистов и демократов, получив в парламенте 26 мандатов.
В июне 2019 г. блок Аcum Майи Санду вступил в союз с поддерживающей президента Игоря Додона Партией социалистов Республики Молдова, хотя взгляды политических сил не совпадали по ключевым вопросам. Целью коалиции было отстранение от власти правящей Демократической партии, контролируемой олигархом Владимиром Плахотнюком.
8 июня 2019 г. Игорь Додон после консультаций с парламентскими фракциями выдвинул кандидатуру Майи Санду на пост премьер-министра страны. В тот же день парламент утвердил состав кабинета министров во главе с Санду (за - 61 из 101 депутата), который пришел на смену правительству Павла Филипа, сформированному Демократической партией.
На следующий день Конституционный суд республики, фактически подконтрольный Плахотнюку, отменил это решение, вернув на пост премьера Павла Филипа. Суд также временно отстранил от власти президента Игоря Додона и передал его полномочия премьеру. Правительство Санду отказалось выполнять решение суда. Поддержку новому кабинету выразили Евросоюз, Россия, США, другие страны и международные организации. Конфликт разрешился 14 июня, после того как Демократическая партия приняла решение о переходе в оппозицию, а правительство Павла Филипа официально ушло в отставку.
Осенью 2019 г. коалиция Аcum и социалистов распалась. Партия Додона вступила в союз с демократами, лидером которых после бегства Владимира Плахотнюка в США стал Павел Филип.
12 ноября 2019 г. парламент Молдавии выразил вотум недоверия правительству Майи Санду. За отставку кабинета министров проголосовали 63 депутата из 101. Причиной послужила ситуация с выборами генерального прокурора, когда правительство Санду без согласования с парламентом внесло поправки в закон о прокуратуре, фактически закрепляющие за премьером право определять кандидата на эту должность. Правящая коалиция расценила поправки как "ультиматум" и заявила о том, что они направлены на "политизацию" прокуратуры. В свою очередь Санду сказала, что пошла на такие меры из-за вскрывшихся манипуляций при организации конкурса на должность генпрокурора, которым занималось правительство. Она также обвинила парламентскую коалицию и президента страны Игоря Додона в саботировании реформы юстиции.
Майя Санду и все члены правительства продолжали исполнять свои обязанности до 14 ноября 2019 г., когда был сформирован кабинет министров под руководством Иона Кику.
18 июля 2020 г. Партия действия и солидарности выдвинула Майю Санду кандидатом на пост президента Молдавии. В первом туре выборов 1 ноября она набрала 36,16% голосов и вышла во второй тур вместе с действующим главой государства Игорем Додоном (32,61%). 15 ноября 2020 г. одержала победу во втором туре президентских выборов с результатом 57,72% голосов избирателей (Игорь Додон набрал 42,28%).
24 декабря 2020 г. официально вступила в должность президента Республики Молдова.
В случае победы на президентских выборах Майя Санду обещала активизировать отношения с Румынией, Украиной, ЕС, США. Она утверждает, что у Молдавии есть только один путь - интеграция с ЕС. Вместе с тем, Санду заверила избирателей, что не откажется от диалога с Москвой, в том числе по вопросам расширения молдавского экспорта, вывода российских миротворцев и вывоза боеприпасов из Приднестровья, а также пенсионного и социального обеспечения работающих в России молдавских трудовых мигрантов. Одной из важнейших задач на посту президента Санду считает борьбу с коррупцией.
Награждена орденами "Gloria Muncii" ("Трудовая Слава"; Молдавия, 2014), князя Ярослава Мудрого I степени (Украина, 2021).
Владеет русским, английским и румынским языками.
Не замужем.