La pintura representa a María Magdalena, en figura de medio cuerpo, vestida con hábito de penitente, inclinada hacia delante y mirando extasiada un crucifijo, casi en diálogo místico con él.
Actitud que contrasta con la posición de sus brazos, extendidos en sentido contrario, con los que sujeta y señala una calavera. La Santa está delante de una mesa de piedra sobre la que se dispone una cadena, por encima tres libros y sobre ellos el crucifijo, en su entorno le rodea un paisaje frío y oscuro en el que destella levemente el amanecer. El cuadro muestra una representación íntima y dramática que ensalza la vida de oración y fe a través de los símbolos y de la imagen tensa y demacrada del rostro. Por ello la Magdalena se personifica con la típica iconografía contrarreformista, es decir como mujer joven con los cabellos sueltos y el rostro lloroso, recordando su vida pública anterior y su arrepentimiento; acompañada por los libros, que simbolizan la ciencia y la sabiduría, y la calavera y el crucifijo, que representan la banalidad de la vida compensada por la esperanza de la redención a través de Jesucristo.
Mateo Cerezo, el Joven, trabajó especialmente la temática devocional en sus pinturas representadas por las series de los Ecce Homo –de los que el Museo expone dos en esta misma sala- y las dedicadas a la Magdalena penitente. De esta última realizó dos tipos iconográficos distintos, en el primero la presenta como una joven aristocrática, muy sensual y con una gama de color variada, caso de la Magdalena penitente del Rijksmuseum de Ámsterdam, mientras que en el segundo la caracteriza con una imagen más intimista que ensalza la vida anacoreta y ascética, modelo que inicia con el presente cuadro y que versionó al final de su vida. La obra fue adquirida por el Estado, Ministerio de Cultura, Dirección General de Bellas Artes y Bienes Culturales y depositada en el Museo de Burgos el año 2009.