Figlia d'arte, studia danza all'Opera di Parigi e debutta nel cinema nel 1949. Ha i suoi primi successi in Italia che la rende nota a livello europeo. A sedici anni vince il premio Suzanne Bianchetti come attrice rivelazione nel film Prima del diluvio di André Cayatte. A diciassette anni interpreta quello che è considerato il suo film mitico: La strega.Nel 1955 sposa Robert Hossein permettendogli l'esordio nella regia con Gli assassini vanno all'inferno. Nasce un sodalizio artistico che non si rivela vincente. Dopo il divorzio , Marina è riscoperta dal cinema italiano con La ragazza in vetrina di Luciano Emmer (1960). Saranno poi Jean Delannoy, Jean Cocteau e Jean Marais a volerla come interprete ideale per La principessa di Clèves. Dal 1960 al 1962 si afferma come tra le attrici più richieste del cinema francese ed italiano (La steppa di Alberto Lattuada). E' Marco Ferreri, nel 1962, a sceglierla come protagonista nel censuratissimo L'ape regina che le varrà il premio come migliore interpretazione femminile al Festival di Cannes nel 1963. Nello stesso anno sposa Jean-Claude Brouillet, proprietario della linea aerea Trans-Gabon da cui divorzierà nel 1965. Orson Welles la scrittura per il ruolo di Lady Percy in Falstaff (1964), Henri Colpi per Steaua fara nume (1965) e nel 1966, Jean-Luc Godard, la sceglie per la parte principale in Due o tre cose che so di lei. Ottiene la parte di Lika Mizanova, il grande amore di Anton Cechov, nel film di Jutkevic e in URSS incontra Vladimir Semënovič Vysockij che diventerà il suo terzo marito dal 1970 all'anno della morte nel 1980.Nel 1987 inizia la sua attività di scrittrice ricordando nel suo primo libro " Vladimir ou le vol arrêté ", l'uomo che, dopo la sua scomparsa, si è affermato come il più grande poeta e cantautore sovietico di fine secolo. Autrice di nove libri è tuttora attiva nel campo teatrale e cinematografico dove, nel 2009, ha interpretato il ruolo femminile nel film Quelques jours de répit di Amor Hakkar.