После смерти Марии Димитриевны её имя для поминания было записано в синодики псковских соборов и монастырей. Сохранились тексты с поминанием великой княгини «Марфы-Марии» в составе синодиков псковского Иоанно-Предтеченского женского монастыря, служебника Стефановской церкви (до 1539 г.) и синодика псковского Спасо-Мирожского мужского монастыря (1699 г.). В первом из этих монастырей Мария Димитриевна почиталась местно как представительница династии Владимирских великих князей и жена князя Довмонта, защитника Пскова. В надписи XVI в. на «Мирожской Оранте» Мария Димитриевна упоминается как «благоверная княгиня Мария, Довмонтова жена, дщерь великого князя Александра Невского». Эту надпись исследователи не могут отнести к началу XIV в., т.к. великий князь Александр Ярославич стал называться Невским лишь с конца XV в. По мнению известного собирателя древнерусских рукописей Фёдора Антоновича Каликина, «Мирожская Оранта» может быть точным списком несохранившегося оригинала чудотворной иконы XIII в. На ней были отражены прижизненные черты семейной четы князя Довмонта и Марии Димитриевны, которые на иконе представлены молящимися Пресвятой Богородице. Внимание властей к «благоверной княгине иноке Марфе» усилилось в 1510 г., когда Псков был присоединён к Русскому государству. Она упоминается в жалованных грамотах, выданных властям Иоанно-Предтеченского монастыря в январе- августе 1510 г. великим князем Василием III Ивановичем, а 28 марта 1623 г. – царём Михаилом Фёдоровичем. К 1640 гг. исследователи относят создание рукописи, в составе которой сохранилось описание Псковского некрополя (Российская национальная библиотека). Согласно источнику, «за Великою рекою в девичье монастыре у Предтечи Иоанна опочивают под спудом же мощи великия княгини Марии, жены великаго князя Доманта, а в иноцех – Марфы». В «Описаниях» Иоанно-Предтеченского монастыря 1821 и 1836 гг. отмечалось, что над гробницей Марии Димитриевны находилась доска с записью, в которой сообщалось, что «Память ей совершается ноября 8 числа. Поется всенощная за упокой. Також литургия за упокой. По церквам раздается на поминовение 40 пометок. А в пометках пишется четыре имя. Мощи не свидетельствованы». Л.В. Столярова относит появление этой записи к XVIII в. В конце XIX – начале XX вв., по данным церковных историков, Мария Димитриевна всё ещё была местночтимой святой. Канонизация Марии Димитриевны подтверждена включением ее имени в Собор Псковских святых, празднование которому в 1987 г. было установлено по инициативе Псковского митрополита Иоанна (Разумова) и по благословению Патриарха Московского и всея Руси Пимена (Извекова).