Марцеллин принадлежал к благородной семье и получил хорошее образование — со временем он прославился как философ и прорицатель. Смолоду он выбрал военную карьеру, успешно служил под началом самого известного командующего той эпохи Аэция, и к сентябрю 454 г. возвысился до звания comes rei militaris Dalmatiae (военный комендант Далмации). В то время его и застали новости о том, что его начальник Аэций был коварно убит императором и многие его сторонники перебиты. Марцеллин, возможно, опасаясь расправы над собой, воспользовался моментом и поднял мятеж. При поддержке Константинополя он узурпировал власть над вверенной ему Далмацией и укрепил её в последующие годы. Центр мятежного владения находился в Салоне (Сплит). Историк Прокопий Кесарийский написал об этих событиях следующее:
Марцеллину достались стоявшие в Далмации отряды (в основном, из наемников-гуннов) и флот, базировавшийся в Адриатическом море, что сделало его положение в центральном Средиземноморье довольно значительным. Впоследствии правительство Восточной Римской империи признало за ним пост главнокомандующего Далмации (magister militum Dalmatiae).
Может быть, в 456—457 гг., Марцеллин участвовал в заговоре с целью захватить трон Западной империи. Такой вывод можно сделать на основании одного из писем Сидония Аполлинария, в котором говорится о некоем заговорщике по имени Марцеллин (по другим трактовкам, Марцелл).
В 459 г. западный император Майориан признал за Марцеллином право на владение Далмацией (хотя номинально, конечно, провинция осталась неотъемлемой частью Империи). При поддержке Майориана Майрцеллин атаковал вандалов, выбил их с Сицилии и присоединил остров к своим владениям, получив от императора в награду пост comes rei militaris Siciliae. Майориан имел амбициозные планы по завоеванию вандальской Африки, в которых Марцеллину отводилась важная роль: он должен был атаковать вандалов с востока (с Сицилии), в то время как император ударил бы по ним с запада (с Испании). Согласовав план действий, Майориан отправился с главными силами через Галлию в Испанию, куда и прибыл в мае 460 г. Но его всесильный полководец Рицимер, опасавшийся усиления влияния как Майориана, так и Марцеллина, сделал все, чтобы поход провалился. Вследствие его интриг Марцеллин был изгнан с Сицилии. Историк Приск Панийский по этому поводу сообщает следующее:
Марцеллин вернулся в Далмацию, и Сицилия была вновь захвачена вандалами. Вскоре после этого провалился и предпринятый Майорианом поход. Императору пришлось возвращаться в Италию сушей. По возвращении он был убит Рицимером.
При дворе Майориана интересы Марцеллина представлял его родственник Непоциан. Он был награждён императором постом магистра армии (в знак признания заслуг Марцеллина), и успешно сражался со свевами в испанской Галисии летом 460 г.
После падения Майориана его убийца Рицимер возвел на трон свою марионетку луканца Ливия Севера Серпентия. Марцеллин не признал новую власть. В это время, по некоторым данным, он готовил большой поход в Италию. В 464 г. его отряды высадились на Сицилии и вторично захватили остров. Это, равно как и слухи о грядущем походе, встревожили Рицимера, и он при посредничестве Константинополя начал переговоры с Марцеллином. К последнему был отправлен посол по имени Филарх, который смог убедить Марцеллина не нападать на Италию. О готовящемся походе рассказал Приск Панийский:
12 апреля 467 г. Марцеллин сопровождал западного императора Антемия в его прибытии в Рим. В эти же дни, по-видимому, император наградил его титулом патриция. Антемий в союзе с восточным императором Львом сразу же начал готовить масштабную экспедицию против вандалов. Марцеллина назначили главнокомандующим армии Западной Римской империи — в его задачу входил захват Сардинии. Он блестяще справился с этой задачей, но по общим результатам поход оказался провальным. Прокопий Кесарийский записал о событиях на Сардинии следующее:
К 468 году Марцеллин подчинил себе Далмацию, Сицилию и Сардинию. Встревоженный его успехами, Рицимер вновь начал плести против него интриги. Марцеллину пришлось бежать с Сардинии, где взбунтовались его отряды, на Сицилию, но и здесь вспыхнул бунт. В августе 468 г., во время ссоры с одним из своих командиров Марцеллин был убит. Его владение в Далмации наследовал Юлий Непот, его племянник и будущий император. По словам Дамаския, заклятый враг Марцеллина король вандалов Гензерих отреагировал на его убийство словами:
Марцеллин оказался способным военачальником и политиком. Он умело лавировал между Римом и Константинополем, громил вандалов на море, представлял угрозу для Рицимера и, сумев создать в Далмации прочное владение, дал этому региону относительный мир на многие годы. Его власть, безусловно, была выгодной западным императорам, прежде всего потому, что он взял на себя защиту Далмации, с чем вряд ли могло бы справиться правительство метрополии.