Marion Cotillard sinh tại Paris, Pháp và lớn lên ở vùng Orléans, Loiret. Gia đình Marion có truyền thống nghệ thuật. Bố của cô là đạo diễn Jean-Claude Cotillard còn mẹ cô là nữ diễn viên Niseema Theillaud[1]. Marion còn có hai người em trai sinh đôi là Quentin (họa sĩ và nhà điêu khắc) và Guillaume (nhà văn; sinh năm 1977). Ngay từ khi còn nhỏ cô đã bắt đầu làm quen với thế giới nghệ thuật khi tham gia các vở kịch, vai diễn đầu tiên của Marion là trong vở Y a des nounous dans le placard do người anh họ Laurent Cotillard làm đạo diễn. Năm 1994, cô giành giải thưởng sân khấu đầu tiên khi được trao giải nhất tại Liên hoan kịch Orléans (Conservatoire d'art dramatique d'Orléans).

Hiện nay Marion Cotillard đã đính hôn với diễn viên Guillaume Canet. Cô thường xuyên tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường và hiện là người phát ngôn cho tổ chức Hòa bình xanh.