Marine Vacth commence une carrière de mannequin à l’âge de quinze ans après avoir été repérée par une directrice de casting dans un magasin. En 2011, Cédric Klapisch lui offre son premier rôle au cinéma dans Ma part du gâteau dans lequel elle joue un top model entretenant une relation avec le trader Gilles Lellouche. Alors qu’elle n’a jamais pris de cours de théâtre, la jeune femme marque les esprits autant par son jeu que par sa beauté. Elle tourne ensuite sous la direction d'Alexandre Arcady dans Ce que le jour doit à la nuit, adaptation du best-seller éponyme de Yasmina Khadra. Si le film ne connaît pas le succès commercial escompté, l’actrice s’impose face aux têtes d’affiche Nora Arnezeder, Anne Parillaud et Vincent Perez.

En 2013, elle décroche le premier rôle de Jeune & jolie. Présenté en compétition officielle à Cannes, le long-métrage de François Ozon dresse le portrait d’une adolescente d'aujourd'hui qui découvre sa sexualité et s’adonne à la prostitution. Marine Vacth, qui est de toutes les scènes, est consacrée comme l’une des révélations du Festival et récolte une nomination au César du Meilleur Espoir Féminin.

Elle enchaîne avec le film choral de Jean-Paul Rappeneau, Belles Familles (2015), dans lequel elle fait tourner les têtes de Mathieu Amalric et de Gilles Lellouche, 4 ans après Ma part du gâteau. En 2017, c'est au tour de l'actrice d'être troublée : dans La Confession de Nicolas Boukhrief, Marina Vacth interprète une jeune femme athée sous l'Occupation allemande qui tente de résister au charme d'un prêtre incarné par Romain Duris. Il s'agit d'une nouvelle adaptation du roman Léon Morin, Prêtre, 56 ans après le film de Jean-Pierre Melville.

La même année, la comédienne foule à nouveau la Croisette grâce au thriller érotique L'Amant Double de François Ozon, présenté en compétition officielle au Festival de Cannes. Elle y est une jeune femme fragile qui découvre que son compagnon, Jérémie Renier, lui a caché une partie de son identité. Elle donne ensuite la réplique à Gael Garcia Bernal dans Si tu voyais son cœur, premier long métrage de Joan Chemla qui l'a dirigée 6 ans plus tôt dans son court L'Homme à la cervelle d'or.

Après avoir joué la fée dans le Pinocchio de Matteo Garrone, Marine Vacth rejoint l'impressionnante distribution d'ADN de Maïwenn. Cette même année 2020, elle donne la réplique à Olivier Gourmet dans la mini-série Moloch, où elle enquête sur des personnes qui s'embrasent mystérieusement dans une petite ville côtière.

Alexandra Entin et Emilie Schneider