Elle est titulaire du brevet de pilote n°281 de l'aéroclub de France, obtenu le 8 novembre 1910, sous la direction d'Hubert Latham sur aéroplane monoplan Antoinette, faisant d'elle la 3e femme de l'histoire à obtenir son brevet de pilote à l'échelle mondiale et la seconde sur monoplan, juste après celui de Marthe Niel et l'unique sur le difficile à maîtriser Antoinette, effectuant malgré cela le record inégalé de 900 vols sans casser du bois.
Un dessin d’Émile Friant en 1914 montre Marie Marvingt assistée d'un médecin militaire avec au second plan, un avion sanitaire.
Le 20 février 1955, pour son 80 ème anniversaire, Marvingt accompagnée par un officier de l'U.S. Air Force vola au dessus de Nancy à bord du premier chasseur supersonique américain, le North American F-100 Super Sabre, depuis la Base aérienne 136 Toul-Rosières, 2 ans avant la transformation de la dite base alors surtout constituée de North American F-86 Sabre.
La même année, elle passa enfin son brevet de pilote d'hélicoptères sur un SNCASO SO-1221 Djinn, unique hélicoptère à réaction opérationnel, ayant piloté nombre de voilures tournantes tout au long de sa vie sans jamais en avoir passé le brevet auparavant. En 1961, à l'âge de 86 ans, elle fit la boucle de Nancy à Paris.
Dans l'entre deux-guerre, elle devient journaliste, correspondante de guerre et officier de santé des armées avec les forces française d'Afrique du Nord, notamment au Maroc où elle invente des skis métalliques permettant aux aéroplanes de décoller et se poser sur le sable en limitant ainsi les risques de mise en pylône.
Donnant plus de 3000 conférences portant sur l'aviation sanitaire, elle crée en 1931 le Challenge Capitaine-Écheman, récompensant le meilleur design d'avion sanitaire.
En 1934, elle se voit décerner la Médaille de la Paix du Maroc pour sa création d'un service sanitaire aérien et du service des infirmières de l'air, devenant elle même de facto la première diplômée dans cette activité en 1935. Écrivant, réalisant et apparaissant dans le même temps, dans deux documentaires relatant l'histoire, le développement et les usages de l'aviation sanitaire: Les Ailes qui Sauvent et Sauvés par la Colombe, lui valant d'être faite le 24 janvier 1935, chevalier de la légion d'honneur.
En 1939, elle créait un centre de convalescence pour les aviateurs blessés. Durant la seconde guerre mondiale, elle officie en tant qu'infirmière de l'air et invente un nouveau type de suture chirurgicale.
Le 30 janvier 1955, elle reçoit le grand prix Deutsch de la Meurthe de la Fédération Nationale d'Aéronautique à la Sorbonne pour son œuvre dans l'aviation sanitaire.
À Nancy et dans sa banlieue, plusieurs bâtiments publics portent son nom, notamment une école primaire à Vézelise, une école maternelle à Saint-Nicolas-de-Port, un gymnase et un lycée à Tomblaine ainsi qu'un gymnase à Ludres. À Aurillac, une rue, un gymnase et un aéro-club portent son nom.
À Reims, une rue porte son nom.
En 2004, la Poste française a édité un timbre postal en hommage à Marie Marvingt.
Sa devise : "Savoir vouloir c'est pouvoir".
Elle est inhumée au cimetière de Préville à Nancy.