Después de una primera formación en Brescia, pasó varios años en Mantua y finalmente se mudó a Roma, donde estuvo empleado como cantante por el cardenal Cristoforo Madruzzo hasta 1578.
Para 1581 se había vuelto inmensamente popular, tal era la frecuencia en que sus obras eran reimpresas, incrementándose asimismo la aparición de sus madrigales en antologías.
En su última década escribió obras no ya serias, sino casi sombrías, pero experimentó con el cromatismo, una estupenda manera solo superada por Gesualdo.
Esta técnica fue muy utilizada por su efecto dramático y emocional, que no puede pasar desapercibido para el oyente.
Marenzio influyó fuertemente en los compositores italianos, así como en el resto de Europa.