Marco Di Vaio (s. 15. heinäkuuta 1976 Rooma, Italia) on uransa lopettanut italialainen jalkapalloilija. Hän oli pelipaikaltaan hyökkääjä.
Di Vaio edusti viimeiset vuotensa MLS:n Montreal Impactia. Aiemmin sitä hän on edustanut Laziota, Veronaa, Baria, Salernitanaa, Parmaa, Juventusta, Valenciaa, Monacoa, Genoaa ja Bolognaa.
Di Vaio on pelannut myös Italian maajoukkueessa. Hän kuului Italian joukkueeseen vuoden 2004 EM-kilpailuissa.