Elle fut la première aviatrice française à accrocher de nombreux records féminins d’aviation à son palmarès. Ses exploits furent très rapidement médiatisés. Nombre d’établissements scolaires, théâtres, rues et avenues portent aujourd’hui son nom.
Le 29 septembre 1925, elle obtient son brevet de pilote sur la station aérienne de Bordeaux-Teynac, qui deviendra plus tard l’aéroport de Bordeaux-Mérignac. Une semaine après, elle passe avec son avion, un Caudron G.3, sous les câbles du pont transbordeur de Bordeaux. Le 13 novembre 1925, elle vole de Bordeaux à Paris, divisant son parcours en six étapes, ce qui constitue son premier voyage aérien. L’année suivante, son mari Louis Bastié trouve la mort dans un accident d’avion. Loin de se décourager, Maryse Bastié devient instructrice-pilote : l’aventure dure six mois et s’arrête avec la fermeture de son école de pilotage.
Montée à Paris, Maryse Bastié donne des baptêmes de l’air et fait de la publicité aérienne. Elle décide d’acheter son propre avion, un Caudron C.109 avec un moteur Salmson de 40 ch. Comme elle n’a pas d’argent pour le faire voler, le pilote Maurice Drouhin va l’aider à financer sa passion. Le 13 juillet 1928, il lui offre le poste de premier pilote. Elle établit alors avec lui un premier record féminin homologué de distance (1 058 km), entre Paris et Treptow-sur-Rega, en Poméranie occidentale.
En 1929, elle établit un nouveau record de France féminin de durée de vol, de 10 h 30, et un record international féminin de durée avec 26 h 44. Ce record lui est repris le 2 mai 1930 par Léna Bernstein (35 h 45). Bien décidée à le récupérer, elle fait décoller son avion, un Klemm L 25 à moteur Salmson et modifié, le soir du 2 septembre 1930 et se pose le surlendemain après 37 h 55 de vol. Elle a lutté jusqu’à l’épuisement contre le froid et le manque de sommeil. Elle établit ensuite un record de distance avec 2 976 km sur le parcours Paris-Uhring (URSS). Pour cet exploit, à son retour, elle reçoit la croix de chevalier de la Légion d’honneur et le Harmon Trophy américain décerné, pour la première fois, à une Française.
En parallèle de sa carrière de pilote, elle s’engage, à partir de 1934, aux côtés d’Hélène Boucher et d’Adrienne Bolland, dans le combat pour le vote des Françaises, en soutenant Louise Weiss qui se présente aux élections législatives de 1936 dans le 5e arrondissement de Paris.
En 1935, elle crée, à Orly, l’école « Maryse Bastié Aviation ». Encouragée par Mermoz, qui lui a fait faire avec lui un aller-retour, elle s’attaque à la traversée de l’Atlantique Sud. Un mois à peine après la disparition de Mermoz, le 30 décembre 1936, elle traverse l’Atlantique de Dakar à Natal, seule à bord d’un Caudron Simoun à moteur de 220 chevaux, décrochant le record du monde féminin de vitesse pour effectuer la traversée de l’océan Atlantique Sud : douze heures et cinq minutes.
En 1937, le peintre Luigi Corbellini la rencontre à Limoges et fait d’elle un portrait à l’aquarelle. La même année, elle obtient le Grand Prix de la Presse Sportive et rentre aux IPSA (Infirmières pilotes secouristes de l’air).
Le 5 mai 1939, Maryse Bastié est interviewée par Jacques Pauliac pour Le Journal. Son article s’intitule « Voler c’est merveilleux déclare Maryse Bastié mais que ne suis-je un homme ». Elle y parle de la création en cas de guerre d’une « phalange féminine » au sein de l’Armée de l’air pour aussitôt regretter que l’idée ne fût pas étudiée par le Ministère de l’Air. Le lendemain, le 6 mai, Clément Vautel, en réponse, adresse un pamphlet qu’il intitule « Les Amazones de l’Air », où il dit, en substance, que les femmes ont mieux à faire que de partir à la guerre. Piquée au vif, Maryse Bastié use d’un droit de réponse le 15 mai 1939 qui est publié in extenso sous le titre de « Les femmes et la guerre ».
Indignée que les femmes ne puissent s’engager dans un conflit tout comme les hommes, elle propose alors ses services à l’armée.
Volontaire pour l’Armée de l’Air en septembre 1939, elle est « réquisitionnée » avec trois autres pilotes, Maryse Hilsz, Claire Roman et Paulette Bray-Bouquet pour convoyer des avions vers le front. Par la suite, par le décret du 27 mai 1940 qui autorise la création d’un corps féminin de pilotes auxiliaires, elle poursuit les convoyages ; elle devient pilote avec le titre de sous-lieutenant en mai 1940.
Blessée en juin 1940 lors d’un convoyage, elle est démobilisée en juillet 1940. Lors de l’offensive allemande, elle offre ses services à la Croix-Rouge, notamment auprès des prisonniers français regroupés au camp de Drancy. Lors du départ d’un train vers l’Allemagne, elle est bousculée par une sentinelle allemande et se fracture le coude droit. Elle en garde une invalidité et ne pilote plus. Sous couvert de son activité à la Croix-Rouge, elle recueille des renseignements sur l’occupant.
À la libération, elle est promue lieutenant dans les FFL, grade confirmé en 1945 après la fin de la Seconde Guerre mondiale et sera promue dans l’Ordre de la Légion d’Honneur à titre militaire.
En septembre 1944, elle est l’une des premières recrues du premier corps de pilotes militaires féminins, créé à l’initiative de Charles Tillon avec le soutien de Charles de Gaulle. Le corps sera dissous en février 1946.
Contrairement à ses coéquipières, Maryse Bastié continuera cependant à exercer au sein de l’armée de l’Air.
En 1951, elle entre au service des relations publiques du Centre d’essais en vol. Le 6 juillet 1952, lors d’une de ses missions, au meeting aérien à l’aéroport de Lyon-Bron, elle trouve la mort dans l’accident du prototype d’un Noratlas, où elle avait pris place en tant que passagère.
