Марион Котийяр родилась 30 сентября 1975 года в Париже. Её мать - театральная актриса, отец, Жан-Клод - театральный актёр, режиссёр, основатель театральной труппы «Котийяр» и преподаватель в школе актёрского мастерства. У Марион есть два младших брата-близнеца, Квентин и Гийом. Первый - скульптор и художник, второй - писатель.

    Детство Марион прошло в городе Орлеан, департамент Луаре, где она обучалась в Консерватории драматического искусства и посещала курсы пения. Однако профессия родителей сыграла свою роль - уже в шестилетнем возрасте она стала появляться на сцене - либо подавала реплики актрисе-матери, либо блистала в специально поставленных для неё режиссёром-отцом детских пьесах.

    В 1994 году она снялась в одном эпизоде «Некуда бежать», американского телесериала «Горец». После этого дебюта Котийяр стала сниматься в кино и на телевидении. Её первой ролью на большом экране стала роль Матильды в фильме «История мальчика, который хотел, чтобы его поцеловали». В том же году Марион получила одну из главных ролей в молодёжном сериале «Крайний предел», рассказывающем о жизни студентов французского спортивного института.

    В 1996 году она сыграла роли второго плана в драме Арно Деплешена «Как я обсуждал… мою сексуальную жизнь» и научно-фантастической комедии Колины Серро «Зелёная красавица». Несмотря на эти попытки занять свою нишу во французском кино, в карьере актрисы начался застой.

    В 1997 году за роль в театральной постановке «Прекращённое дело», Марион удостоилась престижной театральной награды. Тогда же её утвердили на роль Лили Бертино, невесты главного героя, в комедийном боевике режиссёра Жирара Пиреса «Такси», сценаристом и продюсером которого выступил знаменитый Люк Бессон. В 2000 и 2003 годах она вновь предстала на экране в той же роли в двух продолжениях этого фильма, «Такси 2» и «Такси 3» соответственно.

    После «Такси» Марион утвердилась во французском кинематографе и стала получать одно предложение за другим. Заметные фильмы с её участием: «Война в горах», «Лиза».

    В 2001 году Котийяр сыграла свою первую главную роль в кино, в мелодраме Жиля Паке-Бренне «Милые штучки», где она исполнила сразу две роли, сестёр-близнецов Мари и Люси. За этот фильм Котийяр удостоилась номинации на «Сезар» как самая многообещающая актриса.

    В 2003 году Марион снялась в своём первом крупном иностранном фильме, сыграв роль Жозефины, беременной невестки главного героя фантастической трагикомедии режиссёра Тима Бёртона «Крупная рыба», в которой собрался очень серьёзный актёрский состав из Юэна Макгрегора, Альберта Финни, Хелены Бонэм Картер, Дэнни Де Вито, Стива Бушеми и Джессики Лэнг.

    Сотрудничество с режиссёром Жан-Пьером Жёне является апогеем в карьере актрисы. В своей драме о Первой мировой войне «Долгая помолвка» 2004 года, Марион Котийяр исполнила роль Тины Ломбарди, бывшей проститутки, которая ищет своего возлюбленного. Но он погиб на войне, и Тина вымещает свой гнев на обвиняемых, из мести добиваясь их смерти. За свою отменную игру Котийяр удостоилась премии «Сезар» в номинации «Лучшая актриса второго плана».

    После международного успеха «Долгой помолвки» Марион стала одной из самых востребованных актрис французского кино. В 2005 году вышло шесть фильмов с её участием, а в ноябре 2006 года состоялась премьера романтической комедии Ридли Скотта «Хороший год», в которой Котийяр сыграла одну из главных ролей в паре с Расселом Кроу.

    В 2007 году Марион предстала на экране в образе знаменитой французской певицы Эдит Пиаф в фильме «Жизнь в розовом цвете». На эту роль её выбрали из сотен пробовавшихся актрис. За этот фильм Котийяр получила премию «Золотой глобус» и «Оскар» в номинации «Лучшая женская роль».

    С 2007 года Марион состоит в фактическом браке с актёром Гийомом Кане, с которым она помолвлена с декабря 2008 года. У пары есть сын - Марсель Кане. В сентябре 2016 года стало известно, что пара ожидает своего второго ребёнка.