Marciello autósport-karrierjét a gokartban kezdte, és 2009-ig főleg ebben a sportban tevékenykedett. 2010-ben a Scuderia Ferrari felvette a finanszírozási programba. Abban az évben részt vett egy gokartversenyen, de a fő hangsúlya a formula versenyzésen volt , amelyen a Formula Abarthban versenyzett . Kezdve a JD Motorsport megnyerte debütált versenyt. A szezon további menetében további két győzelem következett, amelyek közül az egyik nem bajnoki versenyen született. A bajnokság harmadik helyén végzett. 2011-ben Marciello a Prema Powerteam csapatába került az olasz Forma-3-as bajnokságban . Az idényt két győzelemmel az összesítésben a harmadik helyen zárta. A második helyen végzett csapattársa, Michael Lewis mögött 13 ponttal a csapata második legjobb pilótája volt. Ezen kívül részt vett az FIA Formula 3 Trophy 2011 rendezvényén a Prema Powerteam számára .
2012 elején Marciello Új-Zéland legmagasabb monoposztó sorozatának , a Toyota Racing Series-nek indult az M2 versenyen . Megnyerte a versenyt, és az összesítést a kilencedik helyen zárta. Ezután átállt a Forma-3-as Euro-sorozatra , ahol a Prema Powerteam pilótafülkéjét kapta a 2012-es szezonra . Az 2012 -ben is jogosult az európai Formula-3 bajnokság , köztük néhány Formula 3 Euro Series versenyeken. Míg csapattársa, Daniel Juncadella mindkét bajnokságot megnyerte , Marciello hét győzelemmel a harmadik volt a Forma-3-as Euro-sorozatban. A Formula-3-as Európa-bajnokságban Juncadella mögött 228,5–252 ponttal a második helyen végzett. 2013-ban Marciello a Prema Powerteamnél maradt a Forma-3 európai bajnokságában. Marciello a 30 futamból 13-at megnyert és összesen 21 dobogós helyezést ért el. A Nürburgringen mindhárom futamot pole pozícióból indulva nyerte meg, és csak egyetlen futamban nem sikerült a leggyorsabb kört beállítania. Marciello 489,5–457 ponttal Felix Rosenqvist párharcában nyerte meg a bajnokságot .
Marciello 2014 elején indult a floridai téli sorozatban . Két második helyezett volt a legjobb eredménye. Marciello ezután a Racing Engineeringre váltott a 2014 - es GP2 sorozatban . Spielbergben a két harmadik hely volt az első pontja. A Spa-Francorchamps -i főversenyen esőben nyert. A Stoffel Vandoorne elleni párharcban érvényesült . Marciello összesen négyszer állt a dobogóra. 74–136 ponttal belsőleg legyőzte Stefano Coletti, és összesítésben a nyolcadik lett. A Ferrari Forma-1-es tesztvezetését is teljesítette . 2015-ben Marciello Tridentre váltott a GP2 sorozaton belül . Három második hely volt a legjobb eredménye, és összesítésben a hetedik helyre lépett fel. Abban az évben változó csapattársai voltak, akiket egyértelműen belsőleg vert meg 110-ről egy ponttal. Marciello 2015-ben a Sauber Forma-1-es csapat teszt- és tartalékpilótájaként is tevékenykedett . A Ferrari az év végén befejezte promócióját. 2016-ban Marciello befejezte harmadik GP2-es idényét az Russian Time csapatában, amelyet a Virtuosi Racing UK irányított . Noha nem nyert versenyt, a versenyzők rangsorában a legjobb győztes versenyzőként a negyedik helyre javult.