In november 1896 komt ze in het Santo Spirito-ziekenhuis in Rome in contact met ‘idiote’ kinderen. Ze ontdekt dat deze kinderen helemaal niet ‘idioot’ zijn, maar dat ze zich – volstrekt verstoken van enig speelgoed of leermiddel – nooit hebben kunnen ontwikkelen. Zij trekt zich het lot van deze kinderen aan. Ze verdiept zich in de psychologie en de pedagogie en ontwikkelt, geïnspireerd door het werk van de artsen Itard en Seguin, zintuiglijk ontwikkelingsmateriaal.
In 1898 wordt Maria Montessori directrice van een door de Italiaanse regering opgericht instituut voor de opleiding van onderwijzers voor geestelijk gehandicapte kinderen. Twee jaar later wordt zij docente aan het Regio Instituto Superiore Femminile di Magistero, een Hogeschool voor vrouwen in Rome. Ze wordt belast met het onderwijs in hygiëne en de antropologie. In 1904 wordt zij benoemd tot hoogleraar in de antropologie aan de Universiteit van Rome, een leerstoel die zij bekleedt tot 1916. Tegelijk schrijft zij zich in als student in de pedagogiek.
In 1907 sticht zij in opdracht van de regering in de arme wijk San Lorenzo in Rome haar ‘casa dei bambini’ (kinderhuizen), waarin kinderen van wie beide ouders buitenshuis moeten werken, opgevangen en begeleid worden. Hier krijgt ze de kans haar ideeën in de praktijk te brengen. De resultaten zijn spectaculair. Haar methode (het montessorionderwijs) raakt overal ter wereld bekend en wordt in vele landen toegepast. Haar inzicht in en begrip voor kinderen, en haar ideeën om hen te helpen bij hun ontwikkeling tot gezonde, evenwichtige en kritische adolescenten zijn ook vandaag nog actueel en zinvol.
In 1915 bezoekt zij de Verenigde Staten. Ter gelegenheid van de wereldtentoonstelling in San Francisco wordt een klaslokaal ingericht met een glazen wand. Daarachter kunnen toeschouwers met eigen ogen kunnen waarnemen hoe 21 voor de gelegenheid geselecteerde arme kinderen met de methode aan de slag gaan. De leerlingen boeken dezelfde voor die tijd verrassende resultaten als de kinderen in de ‘casa dei bambini’. Het maakte grote indruk op het publiek.
Na haar terugkeer uit de Verenigde Staten in 1916 vestigt dr. Montessori zich in Barcelona, waar ze blijft wonen tot 1936. Van 1924 tot 1926 verblijft ze in Italië.
In 1934 verbreekt Maria Montessori de banden met Italië, omdat Mussolini wil ingrijpen in haar onderwijssysteem; met name zijn besluit om schooluniformen in te voeren kan Maria Montessori niet accepteren. Van de ene dag op de andere houdt het montessorionderwijs in Italië op te bestaan. Zij reist naar Engeland, waar het Vijfde Internationale Montessori Congres gehouden wordt. Hier spreekt zij voor het eerst over het voortgezet onderwijs, en lanceert het zogenoemde Erdkinder-plan.
In 1936 vestigt zij zich in Nederland, waar inmiddels het hoofdkwartier van de montessoribeweging is gevestigd, en is ze betrokken bij de oprichting van de Larense Montessorischool
In oktober 1939 maakt ze met haar zoon een reis naar India die door het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog tot 1946 zou duren. In India geeft zij een groot aantal lezingen. Ook geeft zij montessoricursussen en ontwikkelt ze ideeën die beschreven worden in ‘Door het kind naar een nieuwe wereld’.
In 1946 keert zij terug naar Nederland, waar zij in 1950 benoemd wordt tot Officier in de Orde van Oranje-Nassau en een eredoctoraat ontvangt van de Universiteit van Amsterdam. Op 6 mei 1952 overlijdt zij, een paar maanden voor haar 82ste verjaardag. Maria Montessori ligt begraven in Noordwijk.