Marie Cazin naît dans une famille d’artistes : ses parents sont Louis Claude Aristide Guillet (1820-1881), peintre et dessinateur, et Clarice Marie Brault (1820-apr. 1882). Elle est d’abord élève de Juliette Peyrol (1830-1891), sœur de Rosa Bonheur (1822-1899), à l’École de dessin de Paris, puis élève du peintre Jean-Charles Cazin (1841-1901), qu’elle épouse en 1868. L’année de leur mariage, J.-C. Cazin est nommé conservateur du musée des Beaux-Arts et professeur à Tours. Le couple y demeure jusqu’à la guerre de 1870.
De fin 1870 à 1875, M. Cazin est en Angleterre avec son mari, où ils ont rejoint les sculpteurs français Alphonse Legros (1837-1911) et Jules Dalou (1838-1902). C’est durant ce séjour qu’elle s’initie à la céramique et travaille pour la Fulham Pottery dans la banlieue de Londres. Puis, durant l’hiver 1876, le couple voyage en Italie et, après un court séjour à Boulogne-sur-Mer, s’installe à Anvers où J.-C. Cazin s’inscrit comme élève à l’Académie royale des beaux-arts. Entre 1883 et 1888, M. Cazin fait plusieurs séjours auprès de sa sœur Célie-Caroline Guillet (1857-inc.), qui, artiste elle aussi et épouse du peintre britannique Arthur Heseltine (1855-1930), appartient à la colonie d’artistes de Grez-sur-Loing et Fontainebleau. Peut-être a-t-elle aussi fait un séjour en Algérie puisqu’elle expose un Âne d’Algérie en grès vernissé au Salon des peintres orientalistes français de 1899.

Exposées régulièrement entre 1876 et 1914, les peintures et sculptures de M. Cazin portent l’empreinte de ses engagements sociaux mêlés à sa vie privée. Plusieurs de ses œuvres manifestent sa préoccupation du statut des femmes dans leurs rôles les plus modestes. Il en est ainsi des tableaux Oubliées (1890) ou Vie obscure (1901), ou encore des bas-reliefs en bronze (1893) intitulés L’Étude (ou L’École) et La Charité (ou Visite à l’accouchée).
Belle-sœur du docteur Henri Cazin, spécialiste des maladies osseuses des enfants, elle est l’autrice du Monument aux docteurs Cazin et Perrochaud à Berck (1893), figurant la Science et la Charité pansant un jeune garçon. En raison de liens avec les familles Adam et Perrochaud, elle est aussi créatrice de monuments destinés aux sépultures de ces familles à Outreau et Boulogne-sur-Mer. À la mémoire de son mari, outre plusieurs bustes et statues le représentant, elle exécute l’ensemble monumental érigé sur sa tombe au cimetière de Bormes-les-Mimosas, dans le Var.

Après le décès de son mari, et pour garder son atelier parisien, M. Cazin répond à des commandes de créations décoratives pour une école d’infirmières (1910) ou de cartons pour des tapisseries des Gobelins (Diane, 1912 ; Vénus, 1913). Elle vit ses dernières années retirée dans sa maison-atelier, dans le village côtier d’Équihen-Plage, dans le Pas-de-Calais.
Grâce à des acquisitions de l’État, des œuvres de M. Cazin figurent en bonne place dans quelques musées français, comme un buste de jeune garçon intitulé David (1883) à Roubaix ou le groupe Jeunes filles (1886) à Saint-Quentin. Grâce aussi à un don important de sa sœur, plusieurs sculptures et tableaux sont conservés au musée des Beaux-Arts de Tours depuis 1925.