Marco Belinelli debutó con la Virtus Bolonia en la temporada 2001-02, coincidiendo en el equipo con Manu Ginóbili. La 2002-03 sería la última con la Virtus. En la temporada 2003-04 fichó por el equipo rival de Bolonia, la Fortitudo Bolonia, donde jugó hasta la 2006-07. Desde entonces, empezó a dar muestras de su potencial en la 2003-04, donde promedió 6.5 puntos en la Serie A, ganando el título de liga y la copa. Esa temporada también disputó el Europeo sub-18, donde tuvo grandes actuaciones. Un año después jugó el Europeo sub-20, donde promedió 16.6 puntos.
Explotó en la temporada 2005-06, con 13.2 puntos tanto en Liga como en Euroliga, con un 41 % y un 43.9 % en triples, respectivamente. Durante el verano de 2006, participó con Italia en el Mundial de Japón 2006, donde promedió 13.5 puntos incluyendo un partido de 25 puntos ante Estados Unidos.
Se consagró en la 2006-07 con 16.4 puntos en Liga y 12.9 en Euroliga, dando el salto al draft de la NBA.
El 3 de julio de 2015 llega a un acuerdo con Sacramento Kings para jugar por 3 años y 19 millones de dólares como cifra en el contrato. El 7 de julio de 2016 es traspasado a Charlotte Hornets a cambio de los derechos sobre Malachi Richardson.[3]