Desde muy temprana edad, Marine mostró una aptitud para el arte.

Delterme está casada con Florian Zeller, un novelista y dramaturgo francés.

Viven en París y tienen dos hijos, Roman (nacido en 2008) y Gabriel, nacido en 1998 de una relación anterior de Delterme con el actor Jean-Philippe Écoffey.

Vivió un tiempo en la ciudad de Nueva York con Carla Bruni, pero regresó a Francia para comenzar una carrera como actriz.

La mayoría de sus papeles han sido en películas en francés.