Szülei mindketten színészek és rendezők voltak, ha csak mérsékelten sikeresek is, így kézenfekvőnek tűnt, hogy kisgyermekként hol egyikük, hol másikuk oldalán vagy rendezésében tűnjön fel a színpadon. Bár Párizsban született - 1975. szeptember 30-án -, Marion Orléans-ban végezte el a konzervatóriumot évfolyamelsőként, majd televíziós szerepekkel indult hivatásos pályája. A filmvásznon a 90-es évek elejétől szerepel, 1996-ban Arnaud Desplechin Összeveszésem története... (1996) című filmjében figyelt fel rá először a szakma. A fiatal színésznő egy ördögi szépségű lány szerepében csavarja el a leendő pap fejét, aki a szentlélek megtestesülését látta benne.

A nagyközönség számára Luc Besson Taxi című népszerű akció-vígjáték sorozatában vált igazán ismertté, ahol az autóversenyzői álmokat dédelgető taxis (Sami Naceri) barátnőjét alakította. A komoly sikerre való tekintettel a mozi még két folytatást ért meg, jelentős lökést adva nem csupán a két főszereplő, Naceri és Frederic Diefenthal, de Cotillard karrierének is. Az 1998-ban elkészült első rész után a legígéretesebb fiatal színésznőnek járó (és az Oscar-díj francia megfelelőjének számító) César-díjra jelölték.

Kettős életet élt? Nem, de következő nagy elismerését, az újabb César-jelölést a Gilles Paquier-Brenner rendezte Búcsúdalban (2001) egy ikerpár mindkét tagját, az excentrikus énekesnőt és visszahúzódó húgát alakította, azzal a csavarral, hogy az előbbi öngyilkossága után a húg veszi át annak szerepét, vagyis még azt is eljátszotta, hogy az egyik testvér eljátssza a másikat. Arról nincs tudomásunk, hogy a kettős szerepért dupla gázsit kapott-e, reméljük, igen.

Bár nyilván a Taxi-filmek is elképesztően sikeresek lettek világszerte, külföldön főszereplőként a Szeress, ha mersz című romantikus vígjátékban ismerték meg, ahol egy lengyel bevándorló lányt alakított, és nem mellesleg itt ismerte meg későbbi férjét, Guillaume Canet színész-rendezőt. Ennek köszönhette első felkérését Hollywoodból, Tim Burton a Nagy Hal című filmdráma egyik kisebb, de fontos szerepét bízta rá, ezt pedig a Bor, mámor, Provence című vígjáték követte Ridley Scott rendezésében, Russell Crowe oldalán.  Majd megjött az első igazán komoly elismerés: a Hosszú jegyességben (2004) nyújtott alakításáért végre César-díjat kapott.

És, mint tudjuk, ennél komolyabb dolgok is vártak rá. A Piafban (2007) a legendás énekesnőt, Edith Piafot alakította, és a szerep kedvéért teljesen át kellett alakulnia. Bár a producerek Audrey Tatou-t szerették volna, Olivier Dahan rendező kifejezetten Cotillard-ra írta a szerepet, és hajlandó volt lemondani a gázsija jelentős részéért, hogy ő is kapja meg a főszerepet. Marion mellesleg egészen jól tud énekelni, de a filmben mindvégig Piaf valódi hangja szól, és az alakításért, ha úgy vesszük, két Oscar-díjat is kapott, a legjobb színésznőét, és a legjobb sminkért járót – hogy megteremtsék a hasonlóságot, a színésznőnek egyebek közt fel kellett borotválnia a haját a homlokán és leborotválni a szemöldökét, amit aztán szemceruzával húztak ki, az eredeti vonalénál jóval feljebb. Egyébként a szerepért összesen 27 díjat nyert.

Érdekes, hogy Edith Piaf valahogy végigkíséri a színésznőt karrierjét, hiszen még azelőtt, hogy eljátszotta az énekesnőt, két filmjében, a Chloéban (1996) és a Szeress, ha merszben (2003) is felcsendült a legendás "La Vie en Rose" című dal, majd évekkel később Christopher Nolan Eredetében (2010) játszik fontos szerepet a hasonlóan ismert "Non, Je Ne Regrette Rien". Nolan a dalt még azelőtt beleírta a forgatókönyvbe, hogy Cotillard-ra osztotta volna Leonardo DiCaprio kedvese, Malorie szerepét, és komolyan elgondolkodott azon, hogy másik dalt válasszon, de végül lebeszélték róla.

Az Eredet után Nolan annyira szeretett volna újra Marion Cotillard-ral dolgozni, hogy még abba is belement, hogy átütemezzék A sötét lovag - Felemelkedés (2012) forgatását, hogy rá oszthassa Miranda Tate szerepét, amikor kiderült, hogy a színésznő terhes. Cotillard alig egy hónappal kisfia, Marcel születése után már dolgozni kezdett, a rendező pedig folyamatosan egy külön lakrészt tartott fenn neki, ahol a kisbabával lehetett a munka szüneteiben. És alig fejezte be a Batman filmet, már bele is vetette magát egy másik munkába, a Rozsda és csont (2012) elkészítésébe – Nolan később Superwomannek nevezte el a munkabírásáért.

A Rozsda és csont (2012), amelyben egy, a gyilkos bálna támadását túlélő delfinidomárt játszik, komoly dilemmát okozott a színésznőnek, mivel elkötelezett állatvédőként elvi szinten ellenzi az ócenáriumok létezését, de a nagy tengeri emlősökkel való munkát kifejezetten szerette. És bár általában irtózik a filmbeli ágyjelenetektől, az itt Matthias Schoenaerts-cel felvett szeretkezés az egyik legkedvesebb emléke. Elmondása szerint annyira beleélte magát a karakter nyomorúságos sorsába, hogy hihetetlenül jól esett neki, amikor az végre rátalál egy kis boldogságra.  

Bizonyos szempontból a Rozsda és csont hozta meg a második Oscar-jelölést – bár magáért az alakításért „csak” egy Golden Globe nomináció járt, azonban a film producerei között ott voltak a Dardenne-fivérek, akik annyira megszerették a színésznőt, hogy felkérték a Két nap, egy éjszaka (2014) főszerepére. Egy fiatal munkásnőt játszott, aki csak úgy tarthatja meg az állását, ha ráveszi kollégáit, hogy mondjanak le év végi jutalmukról. Cotillard a szerep kedvéért maga is lemondott a fizetése jelentős részéről – pedig ekkor már a legjobban kereső francia színésznő volt.

Egy szép és sikeres francia színésznő után nem csak a rendezők kapkodnak, hanem a cégek is: Marion 2008 óta a Dior divatház arca, a Lady Dior táskareklámok rendszeres szereplője, sőt, saját táskát is tervezett a divatcégnek, illetve rendezője, írója, zeneszerzője és főszereplője volt a Diornak készített videóklipnek, ami a Marion Cotillard: Enter The Game - Snapshot in LA (2014) címet viselte. Persze nem minden szól a pénzről: Marion a Greenpeace mozgalom szóvivője, és amikor Oroszországban 30 aktivistát bebörtönöztek, arra is hajlandó volt, hogy tiltakozásként egy ketrecbe zárassa magát.