Urodził się 9 stycznia 1952 w Łodzi. Po ukończeniu studiów ekonomicznych na Uniwersytecie Łódzkim w 1972 r. podjął pracę w Katedrze Ekonomii tej uczelni. W 1978 r. uzyskał stopień naukowy doktora, a w 1986 r. habilitował się. Od 1986 r. związany z Instytutem Nauk Ekonomicznych Polskiej Akademii Nauk. W latach 1978-1979 i 1985-1986 odbył staże naukowe w Uniwersytecie Columbia i Uniwersytecie w Chicago, zaś w 1990 r. w London School of Economics. W 1994 r. otrzymał tytuł profesora nauk ekonomicznych.
Od lat 90. pełnił szereg ważnych funkcji publicznych w kraju i za granicą. W 1990 r. został doradcą i konsultantem w Ministerstwie Finansów, a następnie Ministerstwie Przekształceń Własnościowych i Centralnym Urzędzie Planowania. W 1996 r. objął stanowisko konsultanta Banku Światowego. W latach 1994-1996, był wiceprzewodniczącym Rady Strategii Społeczno-Gospodarczej przy Radzie Ministrów, a następnie doradcą ekonomicznym prezydenta RP.
Dwukrotnie pełnił funkcję wicepremiera i ministra finansów: w 1997 r. w rządzie Włodzimierza Cimoszewicza oraz w latach 2001-2002 w rządzie Leszka Millera. W latach 2004-2005 był premierem rządu RP.
Od 2006 r. sekretarz wykonawczy Komisji Gospodarczej ONZ ds. Europy (UNECE), a od stycznia 2009 r. dyrektor Departamentu Europejskiego Międzynarodowego Funduszu Walutowego. Wcześniej pełnił również funkcję szefa koalicyjnej Rady Koordynacji Międzynarodowej w Iraku (2003) a następnie dyrektora ds. polityki gospodarczej w Tymczasowych Władzach Koalicyjnych w Iraku, gdzie odpowiadał m.in. za reformę walutową, stworzenie nowego systemu bankowego i nadzór nad gospodarką (2003-2004).
Opublikował ponad 100 prac naukowych, poświęconych głównie teorii pieniądza oraz polityki antyinflacyjnej w krajach rozwijających się. Specjalizuje się w zakresie ekonomii stosowanej oraz współczesnej myśli ekonomicznej. Jest także członkiem Komitetu Nauk Ekonomicznych PAN.
W dniu 10 czerwca 2010 r. prof. dr hab. Marek Belka został powołany przez Sejm RP na Prezesa Narodowego Banku Polskiego. Urząd objął w dniu 11 czerwca 2010 r. po zaprzysiężeniu przez Sejm RP i sprawował do 21 czerwca 2016 r.
W styczniu 2011 r. prof. Marek Belka został wybrany na trzyletnią kadencję do Komitetu Sterującego Europejskiej Rady ds. Ryzyka Systemowego (ESRB). Od listopada 2011 r. pełni również funkcję przewodniczącego Komitetu Rozwoju Banku Światowego i Międzynarodowego Funduszu Walutowego. Od czerwca 2012 r. jest Przewodniczącym Komitetu Sterującego Inicjatywy Wiedeńskiej 2, a od maja 2013 r. członkiem/Central Bank Governance Group/działającej w ramach Banku Rozrachunków Międzynarodowych w Bazylei (BIS). W sierpniu 2016 roku Marek Belka został niezależnym członkiem rady dyrektorów funduszu nieruchomościowego Echo Polska Properties. W czerwcu 2017 roku został powołany na członka rady nadzorczej Banku Handlowego w Warszawie S.A. We wrześniu objął także funkcję członka rad nadzorczych spółek z grupy Vienna Insurance (Compensa, Compensa Życie oraz InterRisk). Od 2019 r. jest europosłem w IX kadencji Parlamentu Europejskiego.