Мари Трентиньян — дочь известных родителей. Её отец — актёр Жан-Луи Трентиньян, мать — сценарист и режиссёр Надин Трентиньян. У Мари четверо детей от четырёх отцов, она была замужем за отцом своего младшего сына — Самюэлем Беншетри.
Дебют Мари в кино состоялся ещё в 1971 году в фильме «Это случается только с другими» с участием Катрин Денёв и Марчелло Мастроянни. Режиссёром этого фильма выступила мать Мари Надин Трентиньян, которая в общей сложности сняла 12 фильмов с участием дочери. Мари снималась и со своим отцом, например, в фильме Этторе Сколы «Терраса» (1980). В фильмах, прославивших её, — «Женское дело» (1988) и «Бетти» (1992) — Мари играет мрачные женские роли.
В июле 2003 года Мари Трентиньян находилась в Вильнюсе на съёмках телевизионного фильма Надин Трентиньян о жизни писательницы Сидони Колетт. Там же находился друг Мари Бертран Канта, солист французской группы «Noir D?sir», с которым у неё были любовные отношения уже полтора года. 27 июля 2003 года на почве ревности он нанёс ей побои, причинившие тяжёлые травмы головы. Несколько дней Мари находилась в коме, 31 июля 2003 года была перевезена в клинику Хартманна в пригород Парижа Нёйи и днём позже умерла. Вскрытие показало, что причиной смерти стала черепно-мозговая травма, вызванная ударами в лицо. 6 августа 2003 года после траурной церемонии Мари Трентиньян была погребена на знаменитом кладбище Пер-Лашез.
В октябре 2003 года Надин Трентиньян опубликовала книгу «Моя дочь, Мари», в которой обвинила в смерти дочери Бертрана Канта. 29 марта 2004 года Канта был приговорён к 8 годам тюремного заключения за непреднамеренное убийство и неоказание помощи, а в октябре 2007 года за хорошее поведение был условно-досрочно освобождён.