Pivot de 2,15 m d’alçada, s’inicià a l’Escola Llor de Sant Boi de Llobregat. Posteriorment, fitxà pel FC Barcelona, on jugà a les categories inferiors. Completà la seva formació en un institut de Memphis, ciutat on la seva família es traslladà quan el seu germà Pau fitxà pels Memphis Grizzlies de l’NBA. Més tard, retornà al Futbol Club Barcelona (2003-06), on guanyà una Lliga (2004). Després jugà, com a jugador cedit, al Club Bàsquet Sant Josep (2006-08), on obtingué una FIBA Eurocup i fou escollit jugador més valuós de la Lliga ACB 2007-08. Aquest darrer any fitxà pels Memphis Grizzlies de la National Basketball Association (NBA), on la primera temporada se situà com a sisè millor debutant del campionat. El desembre del 2011 renovà quatre temporades més el seu contracte amb els Memphis Grizzlies i es convertí en un dels jugadors més ben pagats de l’NBA. La seva progressió no s’aturà, i el 2012 fou convocat per primer cop per a jugar en l’equip de la conferència Oest a l’All-Star de Boston. El febrer del 2019 fou traspassat als Toronto Raptors (Canadà), equip amb el qual aquest mateix any aconseguí el seu primer títol de Lliga de l’NBA, i el novembre del 2020 signà per Los Angeles Lakers i el setembre del 2021 fou traspassat de nou als Grizzlies i al novembre del mateix any s’incorporà al primer equip del Bàsquet Girona. El gener del 2024 anuncià la seva retirada com a jugador professional.
Com a integrant de la selecció espanyola absoluta, es proclamà campió del món (2006, 2019), campió d’Europa (2009, 2011), subcampió d’Europa (2007) i subcampió olímpic a Pequín 2008 i a Londres 2012, i guanyà dues medalles de bronze en els Campionats d’Europa (2013, 2017). En finalitzar la seva participació en els Jocs Olímpics de Tòquio (2021) anuncià la seva retirada de la selecció.
L’any 2006 rebé el premi Príncipe de Asturias dels esports com a integrant de la selecció espanyola, i novament el 2015, que compartí amb el seu germà Pau. Fou guardonat amb la Medalla d’Argent del Reial Orde del Mèrit Esportiu (2009).
El maig del 2014 fundà el Club Escola de Bàsquet Marc Gasol —que el 2016 canvià el nom pel de Club Escola Bàsquet Girona Marc Gasol i el 2017 pel de Bàsquet Girona—, del qual és president, i que des del 2017 disposa d’un equip sènior que en la temporada 2018-19 participà en la LEB Plata.