Elle est fiancée en 1633 et se marie le à Christian de Danemark, qui a été élu prince de Danemark (héritier présomptif, le Danemark étant monarchie élective plutôt qu'une monarchie héréditaire). Le mariage a lieu le à Copenhague avec de grandes festivités. Connu au Danemark comme Det store bilager ("Le grand mariage"), le mariage illustre le grand faste et le luxe de l'époque baroque. Le premier ballet jamais produit au Danemark est réalisé pour l'occasion.
Le couple réside au château Nykøbing de Falster. Madeleine Sibylle y vit discrètement. Elle fait des dons aux églises et aux ecclésiastiques, et reçoit des éloges. Elle écrit également un livre de prières. Son mari meurt sans descendance lors d'un voyage en Saxe, alors qu'elle l'accompagne. Par la suite son beau-frère, Frédéric III, monte sur le trône.
Comme douaire, elle reçoit l'île de Lolland ainsi que le poste de gouverneure des comtés de Nykøbing, de Falster et de Ålholm. Elle avait expressément demandé à avoir ces fiefs. Elle se retire dans le sud du Danemark.
En 1651, elle est fiancée au duc Frédéric-Guillaume II de Saxe-Altenbourg, et le , elle l'épouse à Dresde. L'année suivante, en 1653, elle perd ses terres et établissements au Danemark.
