A obra de Maria Leontina alcançou projeção internacional, frequentemente em exposições de museus e galerias da Europa e Estados Unidos. Em 1960, em Nova York, recebeu o prêmio nacional da Fundação Guggenheim e, em 1975, o prêmio pintura da Associação Paulista de Críticos de Artes.
Após apresentar uma pintura figurativa no começo da carreira, no final da década de 1940, começa a tratar o espaço à moda cubista em suas telas. Os objetos tornam-se mais geometrizados, e a figura humana dá lugar a outros temas; predominantemente à natureza-morta. Cores quentes, especialmente o amarelo, tornam-se mais frequentes em sua palheta. Na década de 1950, sua produção volta-se totalmente para a abstração. A geometrização do espaço, desenvolvida na fase anterior, torna-se o alicerce de seu processo de composição. Apesar da predominância das formas geométricas, seu trabalho não apresenta o rigor matemático da arte concreta. Os elementos são pintados com suavidade e organizados de forma sensível, quase intuitiva. As pinceladas, irregulares se vistas de perto, evidenciam o gesto da artista. Em muitas telas, a variação cromática é bastante restrita, resultando em composições sóbrias e equilibradas.
Na década de 1960, Maria Leontina realizou também um painel de azulejos para o Edifício Copan e vitrais para a Igreja Episcopal Brasileira da Santíssima Trindade, ambos em São Paulo.
