Марчелло Винченцо Доменико Мастроянни родился 28 сентября 1923 года в Италии, в местечке Фонтана-Лири, в крестьянской семье. Во время Второй мировой войны был в немецком трудовом лагере, бежал и до конца войны прятался в Венеции.

После войны Мастроянни переехал в Рим, где работал клерком, а по вечерам занимался в актерской студии и играл в местных театрах. Там его и нашел режиссер Лукино Висконти, в труппе которого затем актер и играл. В качестве статиста Марчелло Мастроянни начал сниматься в кино еще до войны, но его серьезный актерский дебют состоялся в 1947 году в фильме Рикардо Фреды `Отверженные`.

К середине 1950-х годов, снявшись более чем в 20 итальянских фильмах, Марчелло Мастроянни завоевал славу у себя на родине и приобрел всемирную известность. Роли в таких картинах, как `Белые ночи` (1957) Лукино Висконти, `Сладкая жизнь` (1960) и `Восемь с половиной` (1962) Федерико Феллини, `Вчера, сегодня, завтра` (1963) и `Брак по-итальянски` (1964) Витторио Де Сики, `Развод по-итальянски` (1962) Пьетро Джерми принесли Мастроянни звание одного из ведущих актеров мирового кинематографа.

За свою карьеру Марчелло Мастроянни снялся в 139 (!) фильмах, был удостоен множества профессиональных наград, в том числе и трех номинаций на `Оскар`. Последний раз на `Оскар` он номинировался в 1988 году за роль в фильме Никиты Михалкова `Очи черные` (1987). С 1950 года Мастроянни был женат на итальянской актрисе Флоре Карабелле; в 1972 году у него и Катрин Денев родилась дочь.

Умер Марчелло Мастроянни в Париже 19 декабря 1996 года от рака поджелудочной железы.