Seule enfant de l'empereur Pierre Ier du Brésil (également roi de Portugal sous le nom de Pierre IV) et de sa seconde épouse, la princesse Amélie de Leuchtenberg, Marie-Amélie appartient à la branche américaine de la maison de Bragance. Née après l'abdication de son père, la jeune fille voit le jour en France, où ses parents se sont installés après avoir regagné l'Europe. Vingt jours après sa naissance, Pierre Ier part cependant au Portugal afin d'y combattre les forces de son frère, le roi usurpateur Michel Ier, et de restaurer sa fille aînée, la reine Marie II, sur le trône.
Une fois Michel Ier chassé du Portugal, en 1834, Marie-Amélie et sa mère gagnent Lisbonne, où elles retrouvent l'ex-empereur du Brésil. Cependant, Pierre Ier meurt de tuberculose quelques mois à peine après sa réunion avec sa famille. Désormais orpheline de père, Marie-Amélie s'installe avec sa mère auprès de sa demi-sœur, la reine Marie II. À cette époque, le gouvernement brésilien refuse en effet de reconnaître l'enfant comme membre à part entière de la famille impériale. Ni elle ni sa mère, l'impératrice douairière, ne reçoivent donc aucune pension de la part de l'État brésilien. C'est seulement avec la fin de la régence brésilienne et l'arrivée au pouvoir du demi-frère de Marie-Amélie, l'empereur Pierre II, en 1840, que la jeune fille est pleinement reconnue comme membre de la dynastie nationale.
En grandissant, Marie-Amélie devient une belle jeune femme, reconnue pour la qualité de son éducation et ses dons pour le dessin, la peinture et le piano. Début 1852, elle se fiance à l'archiduc Maximilien d'Autriche, frère de l'empereur François-Joseph Ier et futur souverain du Mexique. Cependant, Marie-Amélie contracte la tuberculose et doit se rendre à Madère pour se soigner. Gravement atteinte par la maladie, elle trouve la mort à Funchal, en 1853. Très touché par la disparition de sa fiancée, l'archiduc Maximilien entreprend un pèlerinage sur les traces de la princesse, au Portugal et au Brésil. Ce voyage influence grandement, par la suite, son acceptation de la couronne impériale mexicaine en 1864.