Massimiliano nacque il 6 luglio 1832 a Vienna, nel Palazzo di Schönbrunn, come secondo figlio dell'Arciduca Francesco Carlo d'Asburgo-Lorena e della Principessa di Baviera Sofia. Mentre a lui spettò il titolo di Principe Imperiale ed Arciduca d'Austria, suo fratello Francesco Giuseppe divenne Imperatore d'Austria. Fin da giovane Massimiliano era dotato di una spiccata intelligenza e mostrò una particolare propensione per le arti e per le scienze. Influenzato dalle idee progressiste in voga all'epoca, si fece presto una reputazione da "liberale".
Nel febbraio 1857 divenne viceré del Lombardo-Veneto e come governatore generale di questa regione cercò di venire incontro agli italiani con un atteggiamento amichevole. Ma quasi tutte le volte che l'arciduca tentò di prendere delle iniziative politiche che miravano a una maggiore autonomia amministrativa, si scontrò con la corte di Vienna e con la volontà del fratello Francesco Giuseppe. Fu più volte rimproverato con asprezza dall'imperatore e infine destituito. Da allora Massimiliano si ritirò amareggiato nel suo bel castello di Miramare presso Trieste.
Dopo la rovinosa sconfitta militare austriaca contro la Prussia a Königgrätz si fecero sentire sempre più voci a Vienna contro Francesco Giuseppe, chiedendo la sua abdicazione in favore di Massimiliano che molti ritenevano più affabile e simpatico. Questo era senza dubbio un segnale d'allarme per l'imperatore e l'occasione per disfarsi del fratello in modo diplomatico ed elegante si presentò presto.
Quando l'imperatore francese Napoleone III conquistò, con una spedizione militare, la Repubblica del Messico, offrì a Massimiliano la corona del futuro impero messicano. Francesco Giuseppe, come capo della casa d'Asburgo, diede a suo fratello il permesso, ma insistette perché Massimiliano, in cambio, rinunciasse per sempre al trono in Austria. Massimiliano, che era anche piuttosto ambizioso, rinunciò volentieri e partì, tutto felice, per il Messico dove sperava di poter realizzare finalmente, e indisturbato dalla poco amata corte di Vienna, le sue idee politiche di una monarchia liberale e moderata.
Ma quando Massimiliano arrivò in Messico non sapeva praticamente niente del paese. Non sapeva in quale vespaio politico e militare si sarebbe ritrovato, non aveva la minima idea della situazione caotica che regnava nel paese e che le truppe francesi avrebbero presto abbandonato completamente il paese creando così una situazione molto pericolosa per Massimiliano.
Non sapeva che i repubblicani messicani, guidati da Carlo Benito Juarez, non volevano, a nessun costo, accettare un governo straniero e avrebbero subito iniziato a combattere contro il nuovo imperatore, venuto dall'Europa. E nessuno lo aveva informato che anche i vicini Stati Uniti d'America non gradivano affatto l'intrusione di una forza europea in una zona che faceva parte della loro sfera di interessi.
La corona di re di Messico, regalatogli da Napoleone III, per non bruciarsi le mani in una zona politicamente molto calda, e da suo fratello Francesco Giuseppe, per allontanarlo dalla corona di imperatore dell'Austria, si rivelò presto un regalo avvelenato.
Nella sua ingenuità e nella sua ignoranza delle forze politiche del paese Massimiliano accumulò errori su errori: con alcuni decreti liberali adottò molte delle politiche proposte dal repubblicano Juarez, come la riforma agraria, la libertà di religione e l'estensione del diritto di voto alle classi contadine. Ma così si creò nemici tra i suoi alleati conservatori. Dall'altra parte decretò che Juarez e i suoi seguaci che non volevano sottomettersi alla sua corona erano banditi, e che chiunque li incontrasse doveva fucilarli su due piedi. Fu un errore fatale che ebbe l'unico risultato di rendere inefficace le sue riforme e di far inferocire ulteriormente tutti gli oppositori repubblicani.
I repubblicani, appoggiati con armi e soldi dagli Stati Uniti d'America, assalirono le truppe imperiali e riconquistarono il paese. Massimiliano, ormai completamente solo, avrebbe potuto fuggire in Europa, ma esitò, perché avendo rinunciato ai suoi diritti di arciduca, in Austria non aveva più prospettive di un'alta posizione. Francesco Giuseppe allora gli restituì il suo titolo, credendo che i ribelli messicani avrebbero trattato con più rispetto un arciduca austriaco. Ma Juarez non restò minimamente impressionato dal gesto dell'imperatore d'Austria. Molti sovrani d'Europa e altri personaggi famosi (tra cui Victor Hugo e Giuseppe Garibaldi) inviarono messaggi affinché fosse risparmiata la vita a Massimiliano, ma Juárez rifiutò. Voleva inviare il segnale che il Messico non avrebbe mai più tollerato governi imposti da potenze straniere.
Dopo un assedio durato alcune settimane Massimiliano, che si era arroccato nella piccola città di Queretaro, decise di tentare la fuga, ma venne intercettato e, dopo un breve processo davanti a una corte marziale, fu condannato a morte e fucilato. Così finì, dopo appena tre anni, l'infelice avventura messicana di Massimiliano.
Il corpo di Massimiliano venne imbalsamato ed esposto in Messico e poi, un anno dopo, fu riconsegnato all'Austria e sepolto nella "Cripta dei Cappuccini" a Vienna.