Марион родилась 30 сентября 1975 года в предместье Парижа – Альфортвилле, в семье театральных актеров. Отец начинал как мим и поначалу семья жила более чем скромно. Маленькая Марион ходила с мамой на репетиции и уже тогда решила, что тоже будет актрисой. Позже отцу удалось стать успешным режиссером, и семейство переехало в роскошный дом в Орлеане. Там Марион училась в Консерватории драматического искусства.
Первую эпизодическую роль она получила в 19 лет в телесериале «Горец». Переехав в Париж, девушка стала сниматься в кино и телесериалах («Хлоя», «Как я обсуждал... (мою сексуальную жизнь)», «Прекрасная зеленая»), но не чувствовала себя востребованной. Чтобы продержаться в столице, актриса делала брелки и отдавала их на продажу лавочникам. В этот период Марион очень страдала от заниженной самооценки. Но в 22 года случился прорыв. Котийяр прошла кастинг в фильм Люка Бессона «Такси» и получила роль девушки главного героя Лили. В 1998-м лента стала кассовым хитом, а Марион номинировали на премию «Сезар», как «самую многообещающую актрису». Ей стала поступать масса предложений. В 2002-м на съемках «Влюбись в меня, если осмелишься» Марион познакомилась с будущим гражданским супругом, актером и режиссером Гийомом Кане. Тогда же раздался звонок из Голливуда – мэтр кино Тим Бертон пригласил ее в ленту «Крупная рыба». С этого момента Марион много работает над английским языком, чтобы без препятствий сниматься в Голливуде.
В 28 лет в ее карьере случается новый поворот. Режиссер Жан-Пьер Жене снимает ее в драме «Долгая помолвка». Роль бывшей проститутки приносит Котийяр премию «Сезар». Наконец-то, продюсеры понимают, что Марион способна на большее, чем участие в коммерческих проектах. Вскоре режиссер Оливье Даан приглашает 31-летнюю Котийяр на роль Эдит Пиаф в фильм-биографию «Жизнь в розовом цвете». «В Марион я нашел редкое для актрисы качество… Она, хоть и много красивее, чем Пиаф, но точно так же несет в себе зерно трагизма… Войдя в роль Пиаф, Марион словно исчезла: она не играла свою героиню, а стала ею», - восхищался режиссер. После премьеры в 2007 году лента имела ошеломительный международный успех. Котийяр удостоилась множества наград, но главное, завоевала «Оскар», став второй актрисой в истории (после Софии Лорен), получившей «Оскар» за роль в неамериканском фильме. Перед ней широко распахнулись ворота Голливуда. Француженку снимают ведущие режиссеры: Майкл Манн в драме «Джонни Д.» (2009), Роб Маршалл в мюзикле «Девять» (2009), Кристофер Нолан в фантастическом фильме «Начало» (2010), Вуди Аллен в мелодраме «Полночь в Париже» (2011), Стивен Содерберг в триллере «Заражение» (2011).
Чтобы заполучить Марион в сагу о Бэтмене «Темный рыцарь: Возрождение легенды», Кристофер Нолан даже согласился подождать, пока актриса разродится первенцем. 19 мая 2011 года Марион стала мамой (а Гийом Кане – отцом) и сразу приступила к роли помощницы Бэтмена и борца за экологию (кстати, сама актриса - активист «Гринпис»). В свободное от съемок время Марион, нарушив контракт, снялась у артхаусного режиссера Жака Одиара в фильме «Ржавчина и кость». В 2012 году «Темный рыцарь: Возрождение легенды» вышел в прокат, а фильм «Ржавчина и кость» участвовал в конкурсе Каннского кинофестиваля.
Марион Котийяр успешна настолько, что ее окрестили французской Анджелиной Джоли, но она все еще самокритична. «Даже получив «Оскар», я не перестаю сомневаться в себе», - говорит актриса.