Après des études de piano, Marie-Louise Duthoit se consacre au chant auprès de Rachel Yakar et Laura Sarti.

Sur scène, Marie-Louise Duthoit chante les rôles de La Bonne et Aubépine dans La Bonne d'Enfant et le Financier et le Savetier de J.Offenbach dans une mise en scène de Sandrine Anglade.

Elle interprète Iris dans le Triomphe d'Iris de Clérambault à l'Opéra de Nancy et l'Opéra royal de Versailles, La Nymphe dans Daphnis et Chloé de Boismortier ainsi que La deuxième Dame et La deuxième Sorcière dans Didon et Enée de Purcell, tous trois sous la direction d'Hervé Niquet, (enregistrement Naxos).

Elle est encore Amine dans les Pèlerins de la Mecque de Glück à l'Opéra de Montpellier, et l'Opéra de Caen sous la direction de William Christie, et dans la mise en scène d'Ana Yepès, La Baronne dans La Fiancée du Scaphandrier de Claude Terrasse sous la direction de Benjamin Lévy et dans la mise en scène de Vincent Tavernier.
Elle collabore régulièrement avec ce metteur en scène et interprète notamment le rôle de Margarita dans On ne s'avise jamais de tout de Monsigny à l'amphithéâtre de l'Opéra Bastille, Julie dans Ma tante Aurore ou le roman impromptu de Boieldieu à l'Opéra royal de la Haye, La Coquette et La Raison (rôles parlés) dans le ballet l'Amour Malade de Lully, et enfin La Comédie, Des Fonandrès, et Aminte (rôles parlés) dans la comédie ballet L'Amour Médecin de Lully Molière.

Sous la direction de Laurent Pillot elle chante Hélène dans Une Education manquée de Chabrier, mise en scène par Colette Tomiche. Elle est aussi Ilia dans Idomeneo de Mozart à l'Opéra d'Angoulême dans une mise en scène de Daniel Larrieu et Fatime dans les Indes Galantes sous la direction de Gabriel Garrido au Téatro Colon de Buenos Aires.

En 2005-2006 elle interprète le rôle d'Honorine Guibert dans Toi c'est Moi au Théâtre de l'Athénée, et en tournée, sous la direction de Benjamin Levy, dans une mise en scène de Stephan Druet avec la compagnie " Les Brigands " (Spectacle nominé aux Molières 2006)

En concert, Marie-Louise Duthoit chante sous la direction de nombreux chefs et plus particulièrement sous la direction de Gérard Lesne (Festival de Beaune, Paris, Versailles, Rome, Bergen...), d'Hervé Niquet (Paris, Versailles, Metz, Nancy, Lyon, Amsterdam, Boston, Bogota, Miami...), de Christophe Rousset (Liechtenstein), Patrick Cohen-Akenine avec l'ensemble " les Folies Françoises " (Orléans, Aix en Provence) ou encore Mirella Giardelli avec " Les Musiciens du Louvre-Grenoble " dans un spectacle " Stendhal " (Oeuvres de Haydn, Beethoven..).

Elle enregistre également plusieurs disques sous la direction d'Hervé Niquet et Gérard Lesne. Disques salués unanimement par la critique (Leçons de Ténèbre de J. Michel, Motets de Lorenzani, Daphnis et Chloé de Boismortier, le Triomphe d'Iris de Clérambault, Messe de Mr de Mauroy et Te Deum de M.A. Charpentier, Histoires Sacrées de M.A. Charpentier…)

Marie-Louise Duthoit se produit régulièrement en récital, notamment au Festival de Pontoise et au Festival du Printemps des Arts (Nantes) dans un programme sur La Femme et l'Orient vu par l'Europe au XVIIème et au XVIIIème siècle, au Festival Concentus Moraviae (Rép. Tchèque) dans un programme de Mélodies Françaises sur des poèmes de Jean Cocteau).

Aux Rencontres Internationales Frédéric Chopin (Nohant), elle propose un programme de Romances et Airs de Salon (Dalayrac, Rossini, Bellini, Berlioz...), et est invitée par l'Opéra de Rouen pour un récital avec orchestre sous la direction d'Oswald Sallaberger.

Elle crée un récital intitulé Drôle de Dames au Studio de l'Opéra Bastille, Vingtième Théâtre (Paris), Semur en Auxois et dans divers festivals avec le pianiste Nicolas Ducloux.

Passionnée de théâtre, Marie-Louise Duthoit est invitée à écrire un livret d'opéra pour une adaptation du Chat Botté sur une musique du compositeur argentin Fernando Albinarrate et avec la collaboration du compositeur et arrangeur Dominique Godin, elle écrit plus récemment un spectacle intitulé Folie, Fureur et Déraison mise en scène par Vincent Tavernier, dans lequel musique et théâtre sont très étroitement liés.

Pour 2007, elle prépare une adaptation du Barbier de Séville de Rossini pour l'Opéra de Limoges. Elle sera L'infirmière en chef dans l'Opéra Thérapeutique d'Isabelle Aboulker et dans une mise en scène de Pierre Letessier au Théâtre du Lucernaire (Paris) et en tournée.