โรงเรียนมารีวิทยา ก่อตั้งเมื่อ พ.ศ. 2503 โดยบาทหลวงสุเทพ นามวงศ์ อธิการโบสถ์อัครเทวดามีคาแอลในขณะนั้น โดยอัญเชิญพระนามของพระนางมารีย์พรหมจารี องค์พระแม่ผู้ศักดิ์สิทธิ์ของพระเยซูคริสตเจ้ามาเป็นชื่อของโรงเรียน เพื่อให้ชุมชนเมืองปราจีนบุรี มีสถานที่สำหรับให้บุตรหลานของคริสตชนและชนชาวพุทธอื่นได้ศึกษาเล่าเรียนทั้งภาควิชาการ และมีสถานที่สำหรับอบรมบ่มนิสัย ปลูกฝังคุณธรรมจริยธรรม เมื่อแรกเริมมีบาทหลวงสุเทพ นางวงศ์ และซิสเตอร์เกษร กิจทำ รับหน้าที่เป็นผู้จัดการและครูใหญ่

เมื่อแรกเริ่มก่อตั้ง โรงเรียนมารีวิทยา มีอาคารเรียนเพียง 1 หลัง แบ่งเป็น 3 ห้องเรียน เปิดสอนเพียงชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 และ 2 มีนักเรียนทั้งที่เป็นลูกหลานชาวคริสต์และชาวพุทธเพียง 80 คน เมื่อเวลาผ่านไป ด้วยคุณภาพและความมุ่งมั่นตั้งใจของคณะซิสเตอร์และคณะครูผู้สอนทุกคน ทำให้การจัดการเรียนการสอนของโรงเรียนมารีวิทยาได้รับความเชื่อถือศรัทธาจากผู้ปกครองทั้งในชุมชนเมืองปราจีนบุรี และชุมชนใกล้เคียง นำบุตรหลานมาเข้าเรียนเพิ่มมากขึ้นทุกปีอย่างต่อเนื่อง ในปี พ.ศ. 2505 โรงเรียนเปิดสอนถึง ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 มีนักเรียน 270 คน ในปี พ.ศ. 2506 ต้องสร้างอาคารไม้เพิ่มอีกหนึ่งหลัง เพื่อให้เพียงพอรองรับนักเรียนที่เพิ่มมากขึ้นถึง 350 คน และในปี พ.ศ. 2507 ได้สร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 3 ชั้น อีกหนึ่งหลัง และในปี พ.ศ. 2517 กระทรวงศึกษาธิการได้ประกาศรับรองวิทยฐานะโรงเรียนมารีวิทยา ให้มีศักดิ์และสิทธิเทียบเท่าโรงเรียนรัฐบาล ซึ่งขณะนั้นโรงเรียนมารีวิทยา เปิดทำการเรียนการสอนในระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 และมีนักเรียนรวมทั้งสิ้น 1,215 คน ต่อมาในปี พ.ศ. 2519 ราชการได้อนุมัติให้โรงเรียนเปิดรับนักเรียนอายุตั้งแต่ 3 ขวบครึ่ง เพื่อเข้าเรียนในระดับอนุบาลได้

โรงเรียนมารีวิทยา ภายใต้การบริหารของคณะนักบวชหญิงของคณะรักกางเขน แห่ง จันทบุรี ที่ผลัดเปลี่ยนกันมาทำหน้าที่บริหารในตำแหน่งผู้จัดการและครูใหญ่ ได้เจริญก้าวหน้ามาเป็นลำดับ ในปี พ.ศ. 2529 ได้สร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 6 ชั้นอีกหนึ่งหลัง ใช้ชื่ออาคารว่า อาคาร 25 ปี ในปี พ.ศ. 2543 อันเป็นปีที่ครบรอบ 40 ปี สมาคมครู ผู้ปกครอง และศิษย์เก่าโรงเรียนมารีวิทยา ปราจีนบุรี ได้ถือกำเนิดขึ้นอย่างเป็นทางการ ในปี พ.ศ. 2546 โรงเรียนได้คืนพื้นที่อาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 3 ชั้น ซึ่งมีอายุเกือบ 40 ปี แก่โบสถ์อัครเทวดามีคาแอลเพื่อสร้างโบสถ์ใหม่ และได้สร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 6 ชั้น ใช้ชื่อว่า อาคารเซนต์โยเซฟ ในปี พ.ศ. 2547 ได้สร้างอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กสูง 3 ชั้น ใช้ชื่อว่าอาคารเซนต์เมรี่ และเปิดทำการเรียนการสอนหลักสูตร Mini English Program (MEP) เป็นปีแรกในระดับชั้นอนุบาล 3 และชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 และในปี พ.ศ. 2548 ซึ่งเป็นปีที่ 45 ของการก่อตั้งโรงเรียน โรงเรียนมารีวิทยาได้รับอนุญาตให้เปิดการเรียนการสอนในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย ทั้งสายวิทยาศาสตร์-คณิตศาสตร์ และสายศิลปศาสตร์-ภาษาอังกฤษ-ภาษาจีนกลาง และได้มีการสอนภาษาจีนในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นเป็นปีแรกอีกด้วย