Родился в 6 мая 1501 года в Монтепульчано. Учился в Сиенском университете. Был всесторонне образованным человеком. Поражали его познания и осведомлённость во всех областях науки, начиная от выращивания деревьев и искусства гравировки до астрономии, математики и архитектуры, что особенно восхищало Микеланджело. Червини был воспитателем непотов Павла III. Назначенный кардиналом-настоятелем собора Святого Креста в Иерусалиме, принимал участие в Тридентском соборе. После избрания его папой запретил устраивать торжества и празднества. Его родственникам нельзя было даже приезжать в Рим. Умер через месяц после избрания на папский престол. Палестрина сочинил мессу, которая была исполнена на похоронах папы Марцелла II.
Марцелл II был последним понтификом, папское имя которого совпадало с данным при рождении (Марчелло — Марцелл); предыдущим таким был голландский папа Адриан VI (Адриан Флоренс).