Marianne Denicourt appare per la prima volta sul grande schermo nel film L'Argent di Robert Bresson nel 1983. In seguito frequenta i laboratori di Antoine Vitez al Théâtre National de Chaillot, prima di essere ammessa alla École des Amandiers di Nanterre diretta da Patrice Chéreau. Nella regia di Amleto che quest'ultimo firma per la rappresentazione nel cortile d'onore del Palazzo dei Papi di Avignone, seguita da una tournée mondiale, Marianne interpreterà Ofelia. Da lì in avanti, reciterà regolarmente in teatro sotto la direzione di Pierre Roman, Luc Bondy, Louis-Do de Lencquesaing, Marc Paquien.
Nel cinema, lavora tra gli altri con Patrice Chéreau in Hotel de France, Jacques Doillon in L'amoreuse, Michel Deville in La lettrice, Jacques Rivette ne La bella scontrosa e in Alto, basso, fragile, Benoît Jacquot in Sade, ma anche con Francis Girod, Arnaud Desplechin, Chris Menges, Christian de Chalonge e Romain Goupil in À la mort! come pure con Raoul Ruiz in Le domaine perdu.
Marianne Denicourt interpreta anche Giovanna d'Arco nell'opera lirica "Jeanne au bûcher", andata in scena in Germania e in Svizzera. Seguiranno numerose altre collaborazioni con una serie di musicisti.
Nel 2013, intraprende una tournée in Israele, nei territori palestinesi e in Algeria, recitando dei testi di Albert Camus. In Afghanistan realizza due documentari, tra cui Nassima, une vie confisquée, trasmesso da France 2, per il quale nel 2009, riceve il premio Média della Fondazione per l'Infanzia.
Nel 2014, viene candidata al premio César come Miglior attrice non protagonista per il film Hippocrate di Thomas Lilti, regista con cui lavora anche due anni dopo per Il medico di campagna. Nel 2016, è in scena al teatro l'Atelier in "Vecchi tempi" di Harold Pinter insieme a Adèle Haenel e Emmanuel Salinger per la regia di Benoît Giros.