Viajó a Roma en 1626, donde recibió enseñanza musical de Gregorio Allegri en la capilla papal y luego entró en el servicio del Cardenal  Antonio Barberini. En 1631, él y otros músicos, como Filippo Vitali y Stefano Landi acompañaron al cardenal en un viaje a Urbino, y lo puede haber acompañado en otros viajes oficiales. En 1637, Marazzoli fue nombrado ayudante de cámara de Barberini, e ingresó como tenor en la capilla papal ese mismo año; en 1639 se le otorgó la posición de músico bajo Barberini. Aproximadamente en este tiempo, es posible rastrear algunas de las composiciones de Marazzoli en sus lugares específicos y funciones.

La Capilla Sixtina, Vaticano

En 1638 compuso la música para un ballet, "La pazzia d'Orlando", para el Carnaval de 1638, y el intermedi para "Chi soffre speri" de Virgilio Mazzocchi, para el Carnaval de 1639; estas dos piezas se realizaron en el palacio de Barberini. Después de 1640 empezó a componer más para patrocinadores de Ferrara y Venecia, incluyendo una ópera, "L'Amore trionfante dello Sdegno" (o "L'Armida"), para un matrimonio ferrarés en 1641.

En 1641 Barberini se enredó en las Guerras de Castro, y Marazzoli puso música a los eventos de la batalla entre Taddeo Barberini y Luigi Mattei en octubre de 1641 en "Le pretensioni del Tebro e del Po". "L'Armida" de Marazzoli se representó en una versión revisada en enero de 1642 en una fiesta de celebración. En el Carnaval de 1642, Marazzoli presentó una nueva ópera, "Gli amori di Giasone e d'Isifile"; luego de esto, Marazzoli volvió a Ferrara y dirigió otra representación de "Le pretensioni" para celebrar el regreso de Taddeo Barberini a la ciudad en marzo de 1642.

Volviendo a Roma a mitad de año, Marazzoli compuso la ópera "Il giudito della ragione tra la Beltà e l'Affetto" (o "Il Capriccio") que se dio por primera vez en el Carnaval de 1643. Hacia fines de 1642, Marazzoli obtuvo un permiso papal para viajar a París con un grupo de músicos italianos; aquí fue empleado en la corte de Ana de Austria y compuso cantatas de cámara que agradaron enormemente a su patrona.

Edición discográfica con obras de  Marco Marazzoli

En abril de 1645 volvió de nuevo a Roma y encuentra con dolor que la familia Barberini había sido desterrada a Francia (donde permanecerían hasta 1653). Volvió entonces a componer oratorios tanto en latín como en italiano, algunos de los cuales fueron escritos para la Arciconfraternità del Santisimo Crocifisso. Al regreso de Antonio Barberini, este encargó una ópera a Marazzoli para la boda del hijo de Taddeo Barberini; presionado por el tiempo, Marazzoli colaboró con Antonio María Abbatini para crear "Dal male il bene", estrenada en el Carnaval de 1654 en el teatro de Barberini. "Le Armi e gli amori" debía representarse en el Carnaval de 1655, pero el cónclave papal de ese año interrumpió la producción, y no se dio hasta 1656, junto con "Dal male il bene" y la última ópera de Marazzoli, "La Vita humana" (compuesta para honrar la vista de la Reina Christina de Suecia). En sus óperas, junto con Virgilio Mazzocchi y Antonio Maria Abbatini, introdujo el elemento cómico, el recitativo seco y los finales concertados.

Marazzoli puede haber compuesto el prólogo para un ballet de Jean-Baptiste Lully en 1657 titulado "L'Amour malade", pero esto no es cierto. Desde 1655 Marazzoli compuso obras encargadas por el Papa Alejandro VII, incluyendo cantatas festivas. Alejandro lo nombró cameriere extra en 1656, pero una epidemia de plaga se produjo ese año, y la vida musical en Roma menguó hasta 1660.

Marazzoli también era un arpista afamado, y tocó la dorada "Arpa Barberini" que fue pintada por Giovanni Lanfranco y que actualmente pertenece al Museo degli Strumenti Musicali de Roma. Marazzoli se hirió gravemente en un accidente durante una misa en la Capilla Sixtina el 25 de enero de 1662, y murió el día siguiente.