В 1955 году окончила ВГИК (мастерская Б. Бибикова и О. Пыжовой) и начала работать в Театре-студии киноактёра. В кино актриса дебютировала в фильме Григория Рошаля «Вольница», после чего о ней заговорили как об очень одарённой актрисе. Однако режиссёры не торопились с новыми предложениями, и Булгакова начала петь на эстраде с оркестром Леонида Утёсова и даже получила приз на Всемирном фестивале молодёжи и студентов в Москве в 1957 году. Майя Булгакова первая в СССР начала исполнять на сцене песни Эдит Пиаф.
После десятилетия простоя и эпизодов первой крупной работой актрисы в кино стала лента «Крылья». После этого Булгакова стала сниматься необычайно много, однако преимущественно в небольших ролях и эпизодах. Она «населила» экран героинями, в которых всегда обнаруживались незаурядный темперамент, внутренняя непоколебимая сила, а также железная уверенность в необходимости не просто выжить, но жить.
Наиболее известны и популярны работы Булгаковой в фильмах: «Воскресение», «Люди и звери», «Егор Булычёв и другие», «Чужие письма», «Приключения Электроника», «Прощание славянки». Майя Булгакова вышла замуж за сына знаменитого режиссера Евгения Иосифовича Габриловича Алексея Габриловича. Булгакова сыграла огромную роль в том, что Алексей тоже стал режиссером. Всю их совместную жизнь она была самым строгим и суровым критиком работ своего мужа.
Супруги воспитали двух дочерей. Мария Габрилович впоследствии стала актрисой.
В 1967 году режиссер Глеб Панфилов начал съемки фильма «В огне брода нет». Автором сценария был Евгений Габрилович. На главную роль сразу же была утверждена Инна Чурикова. А вот на роль беспутной санитарки Марии, тайно влюбленной в комиссара Евстрюкова (Анатолий Солоницын), пробовались многие актрисы. Жена Евгения Габриловича Нина Яковлевна подсказала попробовать Майю Булгакову. Выбор оказался удачным. В игре Майи Булгаковой было удачное сочетание лиризма и истовости, эмоционального порыва.
Еще одной большой удачей стала роль Катерины Ивановны в фильме «Преступление и наказание» (1969). Майя Булгакова очень хотела сыграть эту роль и одновременно боялась ее. Роль стала главным испытанием для актрисы, которая с честью выдержала его. Булгакова предельно точно вписалась в мир героев Достоевского, с их изломанными судьбами.
Наиболее известны и популярны работы Булгаковой в фильмах: «Воскресение», «Люди и звери», «Егор Булычёв и другие», «Чужие письма», «Приключения Электроника», «Прощание славянки», «Похороны Сталина». Заметны ее актерские работы в историко-костюмных лентах «Юность Петра», «Баллада о доблестном рыцаре Айвенго», в комедии «Женитьба», в мелодраме «Василий и Василиса».
В числе удачных ролей Майи Булгаковой можно также назвать Лущилиху из любимой зрителями телевизионной экранизации романа А.Калинина «Цыган», в которой главные роли исполнили Клара Лучко и Михай Волонтир.
Майя Булгакова много работала на сцене Театра-студии киноактёра, но об этой стороне творчества говорила так: «После кино всё странно и страшно… В зале-то люди сидят».
В 70-е годы Майя Булгакова повторно вышла замуж. Ее мужем стал австрийский коммунист, переехавший ради Булгаковой в Москву. У нее была возможность покинуть СССР и уехать жить в Австрию, однако актриса предпочла остаться жить на Родине.
Майя Булгакова снималась в кино очень много. Она была просто одержима работой. «Любовник может предать, муж может предать, друзья могут предать, не предает только работа», — говорила актриса. Майя Григорьевна не оставалась спокойной и дома. Она постоянно стремилась чем-то заняться. По свидетельству знакомых, ее дом сиял чистотой. При своей загруженности она находила время уделять много времени дочерям, наводить порядок дома, вкусно готовить.
Осенью 1994 года Майя Булгакова и Любовь Соколова попали в страшную аварию — машина, на которой их везли на концерт, врезалась в столб. Актрисы оказались в реанимации. Любовь Сергеевну выписали через несколько недель, а Майя Григорьевна скончалась, спустя несколько дней, не приходя в сознание. Незадолго до аварии у нее умер муж. А спустя год умер ее первый муж Алексей Габрилович.
На похоронах Майи Булгаковой ее близкая подруга рассказала, что накануне трагедии актриса шепотом, но с улыбкой поведала буквально следующее: «Я знаю, что скоро встречусь с мужем». Смерть супруга актриса переживала очень остро: ощущая свое одиночество и не мысля своей жизни без любимого человека, с которым прожила долго и счастливо, Майя Булгакова молила Бога, чтобы он скорее забрал ее к себе.
Похоронена на 6-м участке кладбища «Ракитки» (Москва), рядом с мужем, которого она пережила лишь на три месяца.