Marius Ionescu s-a apucat de atletism la vârsta de 11 ani. A absolvit liceul cu program sportiv „Petrache Trișcu” din Craiova, unde a fost în aceeași clasă cu scrimerele Ana Maria Brânză și Loredana Dinu.[3]
A alergat initial la crosuri în probele de 1500 m, 3000 m, 5000 m, 10000 m și semimaraton. Prima competiție de maraton la care a participat a fost maratonul de la Rotterdam din 2011, unde a reușit să îndeplinească baremul pentru Mondialele de la Daegu (27 august - 4 septembrie) și pentru Jocurile Olimpice de vară din 2012 de la Londra, cu timpul de 2:16:10[4]. A fost primul maratonist român care a participat la proba de maraton masculin din cadrul unei olimpiade după 48 ani: ultima participare a fost la Tokyo 1964, prin Constantin Grecescu, care a încheiat pe locul 36 cu 2:30:43.[3] La Londra Ionescu s-a clasat pe locul 26 cu timpul de 2:16:28.
În 2015 a devenit primul român calificat la Jocurile Olimpice din 2016 de la Rio de Janeiro după ce a câștigat maratonul de la Düsseldorf cu timpul de 2:13:19, stabilind un nou record personal.[5]
