Marceau udviklede en kærlighed til teater i en ung alder. Han gik på Charles Dullin School of Dramatic Art i Paris, hvor han studerede mime under Étienne Decroux. Efter endt uddannelse begyndte Marceau at optræde på kabareter og natklubber i Paris. I 1947 skabte han karakteren Bip, den hvidansigtede klovn med den stribede skjorte og det røde slips, der ville blive hans signaturrolle.
Marceau opnåede international anerkendelse i 1950'erne og 1960'erne, da han turnerede verden rundt med sit mimeselskab. Han optrådte for præsidenter og paver, og han var med i film og tv-shows. Marceau underviste også i mime på École Internationale de Mimodrame i Paris.
Marceaus mimeteknik var baseret på Étienne Decroux' principper. Han brugte mime til at udtrykke følelser og ideer uden ord. Hans præstationer var ofte humoristiske, men de formidlede også en dyb følelse af menneskelighed. Marceau mente, at mime var en kraftfuld kunstform, der kunne bruges til at kommunikere med mennesker fra alle kulturer og baggrunde.
Marceau døde af kræft i bugspytkirtlen den 22. september 2007 i Paris. Han betragtes som en af de vigtigste og mest indflydelsesrige kunstnere i det 20. århundrede.