Marianne Pettersen è cresciuta nell'Høybråten og Stovner IL, società sportiva nei sobborghi di Oslo[2]. Ha poi giocato nel Gjelleråsen IF, nell'Asker e nell'Athene Moss. Con l'Asker ha vinto il campionato norvegese nelle stagioni 1998 e 1999, vincendo anche la classifica delle migliori marcatrici del campionato nel 1998 con 33 reti realizzate[3].
Nel 2001 si trasferì in Inghilterra al Fulham, rifiutando anche proposte provenienti dall'America[4]. Al Fulham le venne assegnato il ruolo di capitano, essendo l'atleta di maggiore esperienza nella squadra[5]. La stagione 2001-02 vide il Fulham vincere la Southern Division a punteggio pieno e con 234 reti realizzate in 22 partite, con la conseguente promozione in National Division[6]. Nella stessa stagione arrivò anche la vittoria della FA Women's National League Cup, conquistata dopo aver vinto la finale contro il Birmingham City per 7-1, grazie anche a una doppietta di Pettersen[7], e la vittoria della FA Women's Cup dopo aver battuto in finale il Doncaster Belles[8],. Pettersen venne anche inserita nella lista delle calciatrici candidate al FIFA World Player of the Year 2001[9].
A fine maggio 2002 tornò all'Asker, giocandovi per due stagioni e vincendo nuovamente la classifica marcatrici nella Toppserien 2002 con 22 reti realizzate[10] e nella Toppserien 2003 con 15 reti realizzate assieme a Bente Musland e Solveig Gulbrandsen[11]. Al termine della stagione 2003 decise di ritirarsi dal calcio giocato, dopo che già l'anno prima aveva annunciato un primo ritiro[12]. Con 122 reti realizzate nella Toppserien, detiene il record di marcature nel campionato norvegese[13].
Nel 2007 annunciò il ritorno all'Asker col doppio ruolo di assistente allenatore e calciatrice[14]. Si ritirò nuovamente al termine della stagione. Nel 2020 assunse il ruolo di assistente nello staff tecnico del Vålerenga[2], lasciando l'incarico nel 2021[15].
Nazionale
Marianne Pettersen ha vestito la maglia della nazionale norvegese dal 1994 al 2003, collezionando 98 presenze e realizzando 66 reti[13]. È stata la calciatrice ad aver segnato il maggior numero di reti in nazionale (66) per diversi anni e fino all'8 ottobre 2019, quando Isabell Herlovsen le ha tolto il primato realizzando la sessantasettesima rete[16].
Con la nazionale ha preso parte per due volte al torneo olimpico ad Atlanta nel 1996[17] e a Sydney nel 2000[18], conquistando la medaglia di bronzo nella prima edizione e la medaglia d'oro nella seconda. Ha, inoltre, partecipato a tre edizioni del campionato mondiale. Nell'edizione 1995 mise a segno tre reti, delle quali una nella finale vinta per 2-0 sulla Germania, che portò alle norvegesi il primo trionfo mondiale[19]. Pettersen realizzò tre reti anche nell'edizione 1999, nella quale la Norvegia perse la finale per il terzo posto, mentre nell'edizione 2003 segnò solo due reti nella fase a gironi.
Fece parte della rosa della nazionale norvegese in sole due edizioni della fase finale del campionato europeo, nel 1995 e nel 1997. In quest'ultima edizione mise a segno quattro reti nella vittoria per 5-0 sulla Danimarca, che, però, non fu sufficiente per superare la fase a gironi. Queste 4 reti furono sufficienti a farle vincere la classifica delle migliori marcatrici della fase finale assieme a Carolina Morace e Angélique Roujas, nonché migliore realizzatrice dell'intero torneo, qualificazioni incluse, con 13 reti assieme a Gabriela Chlumecká, ma risultando anche la calciatrice ad aver realizzato il maggior numero di reti in una sola partita nella fase finale del campionato europeo[20]. Non prese parte, invece, alla fase finale del campionato europeo 2001 perché si era da poco trasferita al Fulham e preferì rinunciare alla nazionale per dedicarsi alla nuova squadra[21].
^33 reti secondo quanto riportato dalla federazione norvegese. 36 reti, secondo altra fonte, cfr. (EN) Leading goalscorers Women Premier Division 1998, su pvv.org, 17 ottobre 1998. URL consultato il 22 gennaio 2022.
^(EN) Stephanie Merritt, Something for the ladies, su theguardian.com, 8 aprile 2001. URL consultato il 22 gennaio 2022.
^(EN) Pettersen is Skipper, su fulhamfc.com, 15 agosto 2001. URL consultato il 22 gennaio 2022 (archiviato dall'url originale l'8 aprile 2014).
^ab(NO) Jan Holm, Marianne Pettersen, su snl.no. URL consultato il 22 gennaio 2022.
^(NO) Gro Synstad, Pettersen gjør comeback i eliteserien, su budstikka.no, 18 aprile 2007. URL consultato il 22 gennaio 2022 (archiviato dall'url originale il 22 gennaio 2022).