Marco D'Amore cresce a contatto con il mondo del cinema e del teatro, infatti il nonno era membro della compagnia di Nino Taranto e aveva interpretato ruoli minnori in alcuni film di Francesco Rosi e Nanni Loy. Recita per la prima volta nel 2000 in uno spettacolo portato in scena dalla compagnia Teatri Uniti di Toni Servillo. Nel 2002 si trasferisce a Milano, dove riesce a superare le selezioni per la Scuola d'arte drammatica intitolata a Paolo Grassi. Seguono varie esperienze teatrali, tra cui si ricordano quella con la compagnia Le Belle Bandiere e quella de La trilogia della villeggiatura, con Toni Servillo. Nel 2005, con Francesco Ghiaccio, fonda la compagnia di produzione teatrale e cinematografica La Piccola Società con la quale, nel corso degli anni, ha prodotto, diretto e interpretato quattro spettacoli teatrali ("Solita formula", "Il figlio di Amleto", "L'albero" e "L'acquario") e due cortometraggi (Gabiano con una sola B e Voci bianche), entrambi in concorso al Festival del Cinema di Torino.

Nel 2010 debutta come attore sul grande schermo nel film di Claudio Cupellini Una vita tranquilla, e nel 2011 recita al fianco di Pierce Brosnan nel film di Susanne Bier Love is all you need.
Il grande successo arriva nel 2012 quando viene scelto per interpretare la parte di Immortale nella serie tv prodotta da Sky Gomorra, tratta dal bestseller di Roberto Saviano e venduta in più di sessanta Paesi. Nel 2014 produce con la sua compagnia il film Un posto sicuro, sui disastri dell'eternit, ed è nel cast dei film Perez, con Luca Zingaretti diretto da Edoardo De Angelis.