M. Palameika ir dzimusi 1987. gada 18. jūnijā Talsos. Viņas tēvs Gints Palameiks ir Madaras treneris, Latvijas Šķēpmešanas kluba prezidents. Māte – sporta pedagoģe Agnese Palameika. Ir divas māsas: Baiba un Eva. Ir ieguvusi bakalaura grādu ekonomikā.[4]
Šķēpa mešanā sākusi trenēties deviņu gadu vecumā.[6] 2006. gada Pasaules čempionātā junioriem Pekinā viņa izcīnīja 16. vietu ar 46,34 m tālu metienu.[7]
2007. gada Eiropas U-23 čempionātā M. Palameika ierindojās trešajā vietā, bet 2009. gadā ar jaunu personisko un Latvijas rekordu (64,51 m) viņa kļuva par šo sacensību uzvarētāju.[8]
2014. gada jūnijā divas reizes laboja Latvijas rekordu, sākumā to uzlabojot līdz 64,86 m,[13] pēc tam — 66,15 m.[14]
2015. gada 25. jūlijā M. Palameika uzvarēja Dimanta līgas posmā Londonā ar rezultātu 65,01 m, par 1 cm apsteidzot Barboru Špotākovu no Čehijas.[15] 2015. gada Dimanta līgas sezonas kopvērtējumā ieņēma 3. vietu.
2016. gada Dimanta līgās sezonā M. Palameika izcīnīja trīs uzvaras. Sestajā posmā viņa guva uzvaru ar sezonas labāko rezultātu pasaulē (65,68 m), kļūstot arī par Dimanta līgas līderi starp šķēpmetējām. 2016. gada Eiropas čempionātāAmsterdamā M. Palameika palika 7. vietā. 2016. gada olimpiskajās spēlēsRiodežaneiro M. Palameika iekļuva finālā, taču tajā meta neveiksmīgi un kopvērtējumā ieņēma 10. vietu (60,14 m). Pēc olimpiskajām spēlēm guva uzvaru vēl vienā Dimanta līgas posmā Lozannā ar rezultātu 65,26 m, nostiprinoties vadībā kopvērtējumā. 2016. gada Dimanta līgas pēdējā posmā Briselē M. Palameika atkal izcīnīja uzvaru, šoreiz labojot arī Latvijas rekordu (66,18 m) un tādējādi nodrošinot uzvaru sezonas kopvērtējumā.[16] Tas ir Latvijas vieglatlētu augstākais sasniegums šajās sacensībās.
2019. gada Pasaules čempionātāDohā M. Palameika neiekļuva finālā, sasniedzot 18. vietu kopvērtējumā (59,95 m). Vienu vietu aiz finālsacensībām palika arī 2022. gada pasaules čempionātāJūdžīnā, kur 58,61 m tāls metiens deva 13. vietu. Tajā pašā gadā Eiropas čempionātā Minhenē kvalifikācijā sasniedza sezonas labāko rezultātu 60,56 m un iekļuva finālsacensībās, tajās ieņēma 9. vietu, labākajā mēģinājumā raidot šķēpu 56,55 metrus tālu.
Talsi, Latvijas PSR, PSRS (tagad 
Latvija)
Brisele, Beļģija
Pekina, Ķīna
Debrecena, Ungārija
Berlīne, Vācija
Kauņa, Lietuva
Barselona, Spānija
Tegu, Dienvidkoreja
Helsinki, Somija
.svg){kind=small}
Londona, Apvienotā Karaliste
Maskava, Krievija
Cīrihe, Šveice
Amsterdama, Nīderlande
Riodežaneiro, Brazīlija
Doha, Katara
Tokija, Japāna
Jūdžīna, ASV
Tallina, Igaunija
Novisada, Serbija
