Гофониил Чарлз Марш родиился 29 октября в Локпорте. В 1831 г. окончил Йельский колледж в 1860 году, затем изучал геологию и минералогию в Шеффильдской Школе наук, после чего изучал палеонтологию и анатомию в Берлине, Гейдельберге и Бреслау. В 1866 г. вернулся в Соединенные Штаты и был назначен профессором палеонтологии позвоночных Йельского университета. Он убедил своего дядю, Джорджа Пибоди, создать при этом университете Музей естественной истории Пибоди.
В 1868 г. начал раскопки в Скалистых горах. Всего он описал более 400 видов ископаемых животных, в том числе 86 видов динозавров, включая бронтозавра, апатозавра (ныне отнесенных к одному роду), цератопса трицератопса, торозаврa, (выделенных им в семейство цератопсов), диплодока, стегозавра, аллозавра, нодозавра и др., а также птерозавров, ранних лошадей, первых птиц (гесперорнис, ихтиорнис) и т. д.
На поприще поисков окаменелостей, прославился также своей непримиримой враждой и соперничеством с Эдвардом Копом, начавшейся с того, что он указал на ошибку Копа (при реконструкции найденного им плезиозавра принявшего хвост животного за шею).
В 1877 году Геологическое общество Лондона присудило учёному почетную награду — Медаль Бигсби.
Учёный скончался 18 марта 1899 г.