Marilù Marini est née en Argentine de mère allemande et de père italien.

C'est comme danseuse qu'elle monte pour la première fois sur scène. Son goût pour une danse imprégnée de théâtralité la pousse naturellement à devenir comédienne. Son premier rôle fut la mère Ubu dans Ubu enchaîné.

À Buenos Aires, elle joue avec Alfredo Arias et participe à la fondation du Groupe TSE. En 1973, toujours à Buenos Aires, elle participe à la création de Madame Marguerite de Roberto Athayde, puis, en 1975, elle arrive à Paris pour travailler avec le groupe TSE.

C'est avec 24 heures d'Alfredo Arias qu'elle fait ses débuts à Paris. Par la suite, elle fera partie de toutes les créations du Groupe TSE.

Elle est Beauty, la « chatte blanche », héroïne de Peines de cœur d'une chatte anglaise et la Femme assise de Copi. Pour ce rôle, elle reçoit, en 1984, le Prix de la Meilleure Comédienne décerné par le syndicat de la Critique Dramatique.

Elle a été Caliban dans la Tempête de Shakespeare, spectacle créé dans la Cour d'honneur du Palais des Papes dans le cadre du Festival d'Avignon 1986. Dans Mortadela - Molière du meilleur spectacle musical 1993 - elle est la grand-mère complice et extravagante d'Alfredo Arias. En 1995, Nini, spectacle conçu et mis en scène par Alfredo Arias, lui permet de rendre hommage, seule en scène, à une grande actrice et auteur argentin, Nini Marshall. Le Faust argentin lui donne l'opportunité de jouer toute une galerie de personnages allant d'un policier tortionnaire à une diva de music-hall. Enfin, une pièce inédite de Silvana Ocampo, épouse de l'écrivain Adolfo Bioy Casarès et amie proche de Borgès, la Pluie et le feu, donne à Marilù l'occasion d'un rôle sur mesure.

Dans Aimer sa mère, spectacle conçu par Alfredo Arias, dans des décors de Annette Messager et des costumes de Adeline André, elle joue les monologues écrits spécialement pour elle par des auteurs tels que: Olivier Py, René de Ceccatty, Yasmina Reza, Nicolas Brehal, Edmund White, Olivier Chameux, Pinti, Jorge Goldenberg.

En 1998, elle joue avec Alfredo Arias la Femme assise de Copi à Buenos Aires, ils présentent ce même spectacle - accompagné d'une autre pièce de Copi, le Frigo au Théâtre National de Chaillot. Pour l'interprétation de la Femme assise, Marilù Marini est nominée aux Molières comme meilleure comédienne de l'année.

Elle collabore à la mise en scène des Peines de cœur d'une chatte française auprès d'Alfredo Arias, spectacle qui a reçu le Molière du meilleur spectacle musical 1999.

Elle a interprété le rôle de Solange dans les Bonnes de Jean Genet, spectacle créé au Théâtre de l'Athénée Louis Jouvet, repris au Théâtre des Bouffes Parisiens puis en France avec une tournée internationale qui commence par Moscou, traverse les pays de l’est, le Maroc, le Canada pour se terminer à Buenos Aires.

En dehors du Groupe TSE, elle travaille pour Leo Katz et ses œuvres de Louis-Charles Sirjacq, Armada de Didier Carette, mise en scène de Simone Amouyal, et Reviens à toi encore de Gregory Motton dans une mise en scène d'Éric Vigner.

Avec la Priapée des écrevisses de Christian Simeon, mise en scène par Jean-Michel Ribes, elle fait une création qui lui vaut un succès auprès de la critique et du public. En 2002 et toujours sous la direction de Jean-Michel Ribes, elle joue au Théâtre du Rond Point dans la création mondiale le Complexe de Thénardier de José Pliya.

L’année suivante dans Oh les beaux jours de Samuel Beckett, mis en scène de Arthur Nauzyciel et créé au Théâtre National de l’Odéon, elle fait une création très personnelle du mythique personnage de Winnie qui connaît l’adhésion du public. Avec cette pièce, elle parcourt la France, joue à Barcelone et au festival de Théâtre de Buenos Aires. Elle est invitée par la suite, au Théâtre San Martin à Buenos Aires pour reprendre ce spectacle et réaliser une saison de Oh les beaux jours en espagnol.

2007 Divino Amore de Alfredo Arias et René de Ceccatty.

Elle a travaillé avec Daniel Schmid, Ariane Mnouchkine, Hugo Santiago, Michel Soutter, Alfredo Arias, Virginie Thévennet, Pascal Bonitzer, Claire Denis et Catherine Corsini.

Elle a tourné avec Nina Companeez dans Chef de famille, aux côtés d'Edwige Feuillère, Pierre Dux et Fanny Ardant.

Marilù Marini a été nommé Officier des Arts et Lettres.