Spesso partner di Philippe Noiret, Marielle ebbe un successo strepitoso interpretando al suo fianco il ruolo del marchese de Pontcallec nel film di Bertrand Tavernier «Che la festa cominci» nel 1975.
Fece il commesso viaggiatore che si scopre pittore in «Folli e liberi amplessi» di Joël Séria (1975), il tenutario di bordello in «Colpo di spugna» (1981) e il poliziotto disperato in «Les mois d'avril sont meurtriers» di Laurent Heynemann (1987). Gli anni '90 lo hanno visto recitare in «Uranus» di Claude Berri e in «Tutte le mattine del mondo» (1991) di Alain Corneau. Dopo il successo di «Il codice Da Vinci» (2006) è apparso in «L'esplosivo piano di Bazil» (2010), diretto dal regista Jean-Pierre Jeunet. L'attore è stato sposato quattro volte. Nel 2003 si era unito in matrimonio con l'attrice Agathe Natanson; aveva un figlio.