Przed wyjazdem do USA Marco grał w Virtusie Bologna, w rozgrywkach Euroligi oraz włoskiej ekstraklasy. Belinelli grał w reprezentacji kraju na Mistrzostwach Świata w Koszykówce w 2006 roku, w meczu preeliminacyjnym przeciwko USA rzucił 25 punktów. W całym turnieju notował prawie 13 punktów w meczu. Marco grał także w Mistrzostwach Europy w 2007 roku, gdzie zanotował średnio 15,5 punktu. W 2007 roku Włoch został wybrany z 18 numerem draftu przez Golden State Warriors. W pierwszym meczu NBA Summer League zdobył 37 punktów przeciwko New Orleans Hornets a jego drużyna zwyciężyła 110-102. Jest to drugi wynik w historii ligi letniej, 1 punkt więcej w 2004 roku zaliczył Keith Bogans. W 4 meczach wyśrubował średnią 28 punktów na mecz.

24 lipca 2012 podpisał kontrakt z Chicago Bulls^[1]. 11 lipca 2013, jako wolny agent, podpisał kontrakt z San Antonio Spurs^[2].

Podczas Weekendu Gwiazd NBA 2014 wygrał konkurs rzutów za trzy punkty^[3]. W 2014 wraz ze Spurs zdobył mistrzostwo NBA, pokonując w Finale Miami Heat 4–1^[4].

13 lipca 2015 roku podpisał umowę z zespołem Sacramento Kings^[5].

7 lipca 2016 został oddany w wymianie do Charlotte Hornets w zamian za prawa do Malachi Richardsona, 22. wyboru w drafcie 2016^[6]. 20 czerwca 2017 trafił w wyniku wymiany do zespołu Atlanty Hawks^[7]. 9 lutego 2018 został zwolniony^[8]. Trzy dni później podpisał umowę do końca sezonu z Philadelphia 76ers^[9].

20 lipca 2018 podpisał, po raz drugi w karierze, umowę z San Antonio Spurs^[10].

26 listopada 2020 dołączył po drugi w karierze do Virtusu Bolonia^[11].

Stan na 29 listopada 2020, na podstawie^[12], o ile nie zaznaczono inaczej.

NBA

• Mistrz NBA (2014)^[13]
• Zwycięzca konkursu rzutów za 3 punkty organizowanego podczas NBA All-Star Weekend (2014)^[14]
• 2-krotny uczestnik konkursu rzutów za 3 punkty organizowanego podczas NBA All-Star Weekend (2014, 2015)^[14]
• Zaliczony do I składu letniej ligi NBA (2007)

Włochy

• Mistrz Włoch (2005)
• Wicemistrz:
  • Euroligi (2002, 2004)
  • Włoch (2004, 2006)
• Zdobywca:
  • pucharu Włoch (2002)
  • superpucharu Włoch (2005)
• Finalista superpucharu Włoch (2002)
• MVP superpucharu Włoch (2005)

Reprezentacja

• Uczestnik mistrzostw:
  • Europy (2007 – 9.miejsce, 2011 – 17.miejsce, 2013 – 8.miejsce)
  • świata (2006 – 9.miejsce)
  • Europy U–18 (2004 – 4.miejsce)
• Lider Eurobasketu w skuteczności rzutów wolnych (2007 – 92,3%)^[15]