Avec l'équipe de France, elle obtient la médaille olympique de bronze en 2020. En 2024, elle remporte, aux JO de Paris et avec cette même équipe, la médaille d'argent (face aux USA[5]).
Pas encore professionnelles, Marine Fauthoux et sa coéquipière au Centre fédéral Iliana Rupert sont invitées à participer comme partenaires d'entraînement au rassemblement de l'équipe de France en [11].
Au printemps 2018, alors que la joueuse native de Pau réalise une saison convaincante avec le Centre fédéral, elle s'engage pour sa première année professionnelle dans le club de Tarbes[12].
Avec l'équipe de France, elle est finaliste de la coupe du monde U17 2018 (10,1 points et 4,4 passes décisives). Son entraîneur déclare : « Elle a pris beaucoup de maturité due à sa blessure l’année dernière (...) Je lui ai demandé de ne pas oublier son ADN, du scoring et sa capacité à faire jouer son équipe de manière spectaculaire. (...) Elle a la créativité, l’adresse à trois-points, elle a pris ses responsabilités (...) Dans la compréhension du jeu, le tir, le stop tir, à droite, à gauche, les tirs sous contact, elle est capable de tout faire (...) Ses faiblesses sont pour l’instant juste physiques »[13].
Le , Marine Fauthoux connait sa première sélection en équipe de France pour un match de préparation face à l'Ukraine. Elle inscrit 10 points à 100 % de réussite et effectue quatre interceptions[14],[15]. Elle est retenue dans la sélection disputant le Championnat d'Europe 2019[16].
En avril 2020, au terme d'une seconde saison à Tarbes écourtée par la pandémie de Covid-19, elle s'engage dans le club Asvel[17]. En janvier 2021, bien que son contrat court jusqu’en 2022, le club de Lyon prolonge celui-ci pour trois saisons supplémentaires. Mais il annonce le prêt de la joueuse pour deux saisons afin de permettre à celle-ci d'avoir un temps de jeu important, alors que le club va enregistrer le retour de Julie Allemand[18]. Le prêt de Marine Fauthoux est officialisé pour deux saisons à Basket Landes[19]. La joueuse signe ainsi son retour dans son Sud-Ouest natal. Avec le club landais, elle remporte consécutivement deux coupes de France, face à l'Asvel, club qu’elle réintègre à l’issue de la saison 2022-2023[20].
Marine Fauthoux se rétablit d’une opération chirurgicale du dos au début de l’année 2024. Elle est alors sélectionnée pour les Jeux olympiques de Paris 2024 à domicile[23]. Elle décroche la médaille d’argent avec l’équipe de France, battue de justesse par l’équipe américaine, et s’emploie en particulier lors des demi-finale face à la Belgique et finale où elle gagne en temps de jeu à la mène[24].
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