Formée à l’école des Amandiers de Nanterre, Marianne Denicourt a pour professeur Patrice Chéreau, qui la dirige dans son long métrage Hôtel de France (1986), avec d’autres apprentis comédiens, tels Laurent Grévill, Vincent Perez et Agnès Jaoui.
Elle tourne ensuite L’amoureuse (1987) de Jacques Doillon, sorti en salles six ans plus tard, et apparaît dans des petits rôles pour des films de Michel Deville, Pierre Beuchot ou Gérard Oury.
Marianne Denicourt irradie le moyen métrage La vie des morts (1991) d’Arnaud Desplechin (son compagnon à l’époque). Le cinéaste la dirigera à nouveau dans La sentinelle (1992) et Comment je me suis disputé… (ma vie sexuelle), en 1996.
Jacques Rivette est l’autre grand cinéaste qui fait appel à elle, pour la comédie musicale Haut bas fragile (1995), qui ne trouve pas son public, et ne séduit qu’une partie de la critique. Elle s’égare ensuite dans des films de Bernard-Henri Lévy, Romain Goupil ou Claude Lelouch.
Dans les années 2000 et 2010, Marianne Denicourt tourne encore une vingtaine de longs métrages, mais les premiers rôles sont rares. On la voit notamment en ancienne maîtresse de Sade pour Benoit Jacquot (2000), ou en médecin d’hôpital dans Hippocrate (2013) de Thomas Lilti, pour lequel est elle nommée au César de la meilleure actrice dans un second rôle.
La comédienne est également active au théâtre et à la télévision, et a réalisé deux documentaires.
