Marciello 1994. december 17-én született Zürichben, Svájcban és olasz-svájci kettős állampolgár. 2005-ben kezdett el gokartozni és kisebb-nagyobb európai sorozatokban indult. 2010-ben felléphetett a már profi szintnek mondható KF2-es kategóriába.
Formula Abarth
Még 2010-ben váltott együléses formulaautókra, az újonnan indult olasz Formula Abarth szériában a JD Motorsporttal. A nyitóversenyt Misanóban rögtön megnyerte, ezenkívül még Varanóban is diadalmaskodott, emellett további két dobogós helyezést gyűjtött, amiknek köszönhetően az összetett tabella 3. helyén zárt.[5] Később ő és a bajnok, Brandon Maïsano a Scuderia Ferrari versenyzői akadémia tagjai lettek.[6]
Formula–3
2011-ben feljutott az olasz Formula–3-as bajnokságba, ahová az egyik legjelentősebb olasz utánpótlás gárda, a Prema Powerteam igazolta le.[7] Két győzelmet és négy dobogós helyezést tudhatott magáénak és harmadikként zárta az évet és az újonc kiírásban a 2. lett az amerikai Michael Lewis mögött, amely címért az utolsó futamokig versenyben állt.[8]
Egy évvel később folytatta együttműködését a Premával és felkerült a Formula–3 Euroseries-be és az újjáélesztett Formula–3 Európa-bajnokságba.[9] Utóbbiban hét győzelemmel és kilenc pódiummal összetett 2., míg az Euroseries-ben hat győzelemmel és tíz dobogóval lett 3. Mindkét bajnokságban több győzelmet aratott, mint bármely másik társa.
2013-ra abszolút favorittá vált, melynek jó alapot nyújtott az előző évi szereplése és a szezon előtti teszteken mutatott teljesítménye.[10][11]
GP2
2013 októberében tesztelt egy GP2-es és egy WSR versenyautót Katalóniában.[12]
2014. január 20-án a Ferrari akadémia nyilvánosságra hozta pilótai programjait és kiderült, hogy Marciello 2014-re a GP2-ben kapott ülést, viszont nem tudatták, hogy melyik istállónál. Február 18-án lett hivatalos, hogy a Racing Engineering-nél fog menni.[13] A belgiumi Spa-ban, a főfutamon megszerezte élete első győzelmét a bajnokságban. Az utolsó szakaszon nagy csatában győzte le a hazai pályán menő Stoffel Vandoorne-t.[14]
2015-ben a Trident-hez csatlakozott,[15] de teljesítménye visszább esett és négy dobogóval a 7. pozícióban rangsorolták.[16]
2016-ra a Campos-hoz távozó Mitch Evans helyét vette át a Russian Time alakulatánál.[17] Továbbra is többször zárt a legjobb háromban, viszont győznie továbbra sem sikerült.[18]
A 2017-es évad már, leváltva a GP2 nevet, már FIA Formula–2 bajnokság néven indult és lehetőséget kapott a Trident-től,[19] de csak a Red Bull Ring-i fordulóban. Egyik versenyen sem sikerült pontot szereznie. Az első versenyen 19. helyen ért célba, a másodikon pedig kiállni kényszerült.
Formula–1
2014. november 26-án a Ferrari bejelentette, hogy Marciello lehetőséget kap a 2014-es Formula–1 abu-dzabi nagydíj utáni a fiatalok tesztjén. A teszt 2. legjobb idejét produkálta csupán fél másodperccel lemaradva Pascal Wehrlein legjobbjától aki a Mercedes F1 W05-tel érte el a csúcsidőt.[20] 2014. december 31-én bejelentették, hogy aláírt a Sauber tesztversenyzőjeként a 2015-ös szezonra.[21] Négy darab első szabadedzésen vezethette is a gárda versenyautóját.[3]
2016 januárjában a csapat szerződést vele, mert személyes okokra hivatkozva nem vállalta tovább ezt a szerepkört, továbbá ezzel egyidőben önként kilépett a Ferrari versenyzői akadémiájából is.[22][23]
Sportautózás
2017-re aláírt a Blancpain GT-ben a francia AKKA ASP Team Mercedes csapatához.[24] 2018-ban bajnoka lett a Sprint-kupának és az összetett pontversenynek.[4] 2019 novemberében a legendás makaói versenyen Earl Bamberrel harcolt az utolsó körben a győzelemért.[25] 2021-ben a SunEnergy1 Racing alapítója, egyben versenyzője, Kenny Habul nevezete őt, Luca Stolzot és Mikaël Greniert maga mellé a Daytonai 24 órásra, ahol kategória másodiknak intették le őket.[26] 2022-ben Daniel Juncadellával és Jules Gounonnal kiegészülve megnyerte a Spái 24 órás futamot is.[27]