A Nightwishhez 2002-ben csatlakozott a Century Child album felvétele előtt, elfoglalva a frissen távozott basszusgitáros, Sami Vänskä helyét. Marco ezen kívül játszott még az Impaled Nazarene1994-es Suomi Finland Perkele című albumán. Vendégzenészként működött közre a Delainben, ami a gothic és szimfonikus metal-közösség projektje volt. Ő volt a basszusgitáros, és több dalhoz kölcsönözte a hangját.
Részt vett az AltariaInvitation című albumának felvételein is, ahol az aláfestő vokál fűződik a nevéhez. Hietala egy időben a Sinergy együttes tagja is volt.
Egészen az ő érkezéséig a Nightwish dalai kizárólag az énekesnő, Tarja Turunen számára íródtak, ekkor viszont Tuomas Holopainen, a dalszerző már ki tudta használni Marco erőteljes, reszelős hangját a duettekhez, amik egészen új karaktert adtak a Nightwish hangzásának.
Minthogy a Nightwish koncertjei alatt Tarja ragaszkodott egy rövidebb szünethez, hogy pihentethesse a hangját, az együttes ez idő alatt mindig egy instrumentális számot játszott, de Marco Hietala érkezésével ez is megváltozott, hiszen így, amíg Tarja pihent, a zenekar már különböző ismert dalok (például Ozzy Osbourne „Crazy Train”, a W.A.S.P. „Wild Child”, a Dio „Don't Talk To Strangers”, a Megadeth „Symphony of Destruction” és legújabban a Pink Floyd „High Hopes”) feldolgozásával is kedveskedhetett rajongóinak Marco előadásában az énekes részeknél. Ezek közül néhányat kiadtak az egyes Nightwish-albumok apropóján, és ez jól is jövedelmezett. Hietala ezen felbátorodva jócskán kivette a részét a 2007 szeptemberében megjelenő új Nightwish-album, a Dark Passion Play felvételein is az énekes részeknél: az albumon vannak olyan számok, amelyeket kizárólag ő énekel. Ugyanígy egyes dalokat egy az egyben ő is írt.
A Delain keretein belül ő játssza a basszus-szólamokat a Lucidity c. albumon, ahol a férfi szólót is énekli.
2020-ban megnyerte a finneknél is nagy sikerrel futó Álarcos énekes nevezetű műsort. 2021. január 12-én bejelentette, hogy a zeneipar kapzsisága és krónikus depressziója miatt elhagyja a Nightwish-t.
