Nacque a Venezia il 24 agosto 1669.
Era un nobile che si applicò in diverse aree del sapere come la poesia, la filosofia, la matematica e forse in modo di maggior riguardo la musica di cui divenne compositore. Fu giovane contemporaneo di Antonio Vivaldi, e tenne concerti nella sua casa di Venezia. Compose e pubblicò diversi parti di concerti, inclusi sei concerti pubblicati sotto il titolo La Cetra, cantate, arie, canzonette e suonate per il violino. Compose anche sotto lo pseudonimo di Eterio Stinfalico, e fu membro della celebre Pontificia Accademia degli Arcadi.
Benchè i suoi lavori oggi non siano molto conosciuti a causa del fatto che non sono frequentemente eseguiti oggi, Marcello è considerato un compositore molto competente. Il suo concerto La Cetra è inusuale per l’assolo degli oboi, coinciso e utilizza il contrappunto ampiamento dentro lo stile di Vivaldi, piazzandoli come un ultimo avamposto del canone classico del concerto barocco Veneziano.
Il concerto in Re minore per oboe, archi e basso continuo risulta essere forse la sua opera più famosa e celebre tanto che Johann Sebastian Bach ne fece una trascrizione per clavicembalo (BWV 974).
Tale concerto è stato utilizzato come colonna sonora in molti film dato il suo tono emozionale e toccante, tra tutti vale la pena di ricordare il finale di Miriam si sveglia a mezzanotte (The Hunger) che si chiude sulle note tristi e melanconiche dell’oboe.
Più celebre di lui in musica fu il fratello: Benedetto Marcello.
Morì a Padova il 19 giugno 1747.