Se estableció como actriz independiente y trabajó con frecuencia en diferentes estudios cinematográficos importantes a lo largo de la década, formando parte del reparto de películas como Imitation of Life, Les Misérables, y Angels with Dirty Faces.

Trabajó con estrellas como Katharine Hepburn, James Cagney y Claudette Colbert.

Al llegar a la edad adulta se retiró de la actuación cinematográfica, pero participó activamente en producciones teatrales locales como dramaturga y compositora.

[6]​ A pesar de su corta edad, Knowlden se las arregló sin problemas para interpretar un papel con muchas líneas.

[2]​ Marilyn sólo sufrió heridas leves y recibió ayuda de la actriz Dolores Costello, que presenció el suceso.

[9]​ En 1933, Knowlden tuvo un papel no acreditado como la joven Flora en el drama pre-code Little Women, protagonizado por Katharine Hepburn, que fue nominado al Óscar a la mejor película en la 6.ª edición de los Premios Óscar en 1934.

[10]​ En 1934, Knowlden era considerada una de las pocas niñas actrices que se habían establecido en una industria competitiva.

Más de 100 niños se habían presentado a la audición para el papel que finalmente obtuvo ella.

[13]​ En 2005, la película fue seleccionada para su conservación en el National Film Registry de Estados Unidos por ser considerada "cultural, histórica o estéticamente significativa".

Tras haber interpretado al mismo personaje en Imitation of Life, Knowlden y Rochelle Hudson volvieron a hacerlo en Les Misérables al encarnar a Cosette en distintos momentos de la película.

Fue nominada a la mejor película en la 9.ª edición de los Premios Óscar del año siguiente.

[20]​ Knowlden fue considerada para el papel de Carreen O'Hara, la hermana menor de Scarlett O'Hara, en Gone with the Wind, que finalmente recayó en la actriz Ann Rutherford, más veterana.

[6]​ Hacia el final de su carrera cinematográfica, apareció en All This, and Heaven Too (1940), con Bette Davis y Charles Boyer.

[22]​ Acompañó a su marido en su misión en China y Japón, y se convirtió en locutora de la Armed Forces Radio Station de Estados Unidos en Nankín, que les ofrecía mejor alojamiento que los barracones.

[23]​[24]​ Al dejar el ejército y regresar a Estados Unidos, Richard se matriculó en la Universidad Stanford, mientras Marilyn le ayudaba en los estudios.

[9]​ que le fue entregado por la actriz Marsha Hunt, con quien había aparecido en la película de 1936 Easy to Take.

[28]​ En 2011, publicó una autobiografía escrita por ella, Little Girl in Big Pictures, en la que describía sus experiencias como actriz infantil durante los años dorados de Hollywood y contaba "el resto de la historia" sobre su vida.