1998年，被吕克·贝松看好的玛丽昂加盟《的士速递》，凭借在这部热门影片中的魅力表现她获得第24届恺撒奖最佳新人女演员提名。

2001年，她主演了影片《漂亮东西》，她一人分饰两角，以性格迥异的人物形象充分发挥了她的出色演技，在评论界的褒奖声中，她再获第27届恺撒奖最佳新人女演员提名。

2003年，玛丽昂担纲了经典爱情片《两小无猜》，这部影片一度被影迷奉为荡气回肠的真情之作，也成为她力透纸背的代表作品。她凭借此片走向国际，同时，她在此片中结识了人生的另一半吉约姆·卡内。

2004年，玛丽昂出现在众星云集的热门影片《漫长的婚约》中，并凭借此片摘得第30届恺撒奖最佳女配角。同年，她还荣获第57届戛纳电影节最佳新人女演员。

真正使玛丽昂受到好莱坞认可的是2007年的《玫瑰人生》，她在其中扮演法国传奇女歌手伊迪丝·琵雅芙，为演好这个角色，玛丽昂做到了神形兼备，令人震惊。

凭借这个角色，玛丽昂拿下了包括第65届金球奖音乐/喜剧片、第33届恺撒奖和第80届奥斯卡金像奖等众多重量级奖项的最佳女主角，风头一时无两。《玫瑰人生》可以说是她演艺事业上最重要的一个转折点。

她逐渐受到好莱坞商业片的青睐，2010年，她出演了由克里斯托弗·诺兰自编自导的电影《盗梦空间》，在影片中饰演了莱昂纳多·迪卡普里奥的妻子梅尔。随后，她加盟了诺兰执导的《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》，在影片中饰演了韦恩企业的董事会成员米兰搭·泰特。

2011年，她加盟了伍迪·艾伦执导的《午夜巴黎》，她在影片中饰演毕加索情人阿德里亚娜。

2012年12月，她凭借在影片《锈与骨》的演出获得了第70届金球奖剧情类最佳女主角提名。

2014年，她出演了由吕克·达内和让·皮埃尔·达内联合导演的《两天一夜》，并凭借此片获得第27届欧洲电影奖最佳女演员奖和第87届奥斯卡金像奖最佳女主角提名。2016年11月30日，她和布拉德·皮特主演的电影《间谍同盟》在中国上映。