Nato a Fontana Liri (FR) nel settembre 1924, Marcello Mastroianni si trasferisce con la famiglia prima a Torino e poi a Roma; comincia a lavorare come disegnatore, ma, fin da giovanissimo, ottiene piccoli ruoli in alcuni film - Marionette (1939) di Carmine Gallone, La corona di ferro (1941) di Alessandro Blasetti, Una storia d’amore (1942) di Mario Camerini - e nel '45 frequenta un corso di recitazione.

Il vero esordio cinematografico avviene alla fine degli anni Quaranta in I miserabili (1948) di Riccardo Freda, tratto dal romanzo omonimo di Victor Hugo,  e nel frattempo ottiene piccole parti in teatro, con la  Compagnia del Centro Teatrale Universitario di Roma, per passare poi a quella di Luchino Visconti, sotto la regia del quale recita negli anni compresi fra il '48 e il '56 (Rosalinda o Come vi piace  di William Shakespeare,  Un tram che si chiama desiderio di Tennessee Williams, La locandiera di Carlo Goldoni, Tre sorelle e Zio Vania di Anton Čechov e molte altre pièces).

Attore moderno e completo, molto versatile e contraddistinto da una recitazione sobria e nello stesso tempo ricca di sfumature, dettagli, sottigliezze ed introspezione psicologica, si cimenta con successo anche nella commedia musicale (Ciao Rudy, 1969). Tuttavia, la sua popolarità è connessa soprattutto alla lunga carriera cinematografica.

Dopo alcuni film giovanili diretti da Luciano Emmer - Parigi è sempre Parigi (1951), Le ragazze di piazza di Spagna (1952) e Il momento più bello (1957) - passa a ruoli più seri e drammatici come Cronache di poveri amanti (1954) di Carlo Lizzani, Le notti bianche (1957) e Lo straniero (1967) di Luchino Visconti, I soliti ignoti (1958), I compagni (1963), Casanova ’70 (1965) e Le due vite di Mattia Pascal (1985) di Mario Monicelli, Il bell’Antonio (1960) e Per le antiche scale (1975) di Mauro Bolognini.

Già piuttosto noto, arriva al successo internazionale con i film di Federico Fellini: La dolce vita (1960), con Anita Ekberg e Anouk Aimée, 8 ½ (1963) con Claudia Cardinale, Anouk Aimée e Rossella Falk, La città delle donne (1980), Ginger e Fred (1986), con Giulietta Masinam e Intervista (1987) una sorta di docufilm ispirato alla carriera dello stesso Fellini.

Della sua vasta filmografia ricordiamo fra gli altri Adua e le compagne (1960) e Fantasmi a Roma (1961) di Antonio Pietrangeli, L’assassino (1961), La decima vittima (1965) e Todo Modo (1976) - tratto dal libro omonimo di Leonardo Sciascia ed interpretato anche da Gian Maria Volonté e Mariangela Melato - di Elio Petri, La notte (1961) di Michelangelo Antonioni, con Jeanne Moreau e Monica Vitti, Divorzio all’italiana (1961) di Pietro Germi, con Stefania Sandrelli, Cronaca familiare (1962) di Valerio Zurlini, tratto dal romanzo autobiografico omonimo di Vasco Pratolini.

Per la regia di Vittorio De Sica interpreta con Sophia Loren Ieri oggi domani (1963), Matrimonio all’italiana (1964), versione cinematografica di Filumena Marturano di Eduardo de Filippo e I girasoli (1969). La cagna (1971), tratto dalla novella Melampus di Ennio Flaiano, La grande abbuffata (1973) e Storia di Piera (1983) di Marco Ferreri - tratto dal libro omonimo di Piera Degli Esposti e Dacia Maraini, Oggi, domani, dopodomani (1965) di Eduardo De Filippo, Luciano Salce e Marco Ferreri, con Catherine Spaak e Virna Lisi, Spara forte, più forte… non capisco (1967) di e con Eduardo De Filippo, tratto da Le voci di dentro di E. De Filippo medesimo, Fantasma d’amore (1981) di Dino Risi, Scipione, detto anche l’Africano (1971) di Luigi Magni, Rappresaglia (1973) di George Pan Cosmatos, ispirato al libro di Robert Katz Morte a Roma ed interpretato anche da Richard Burton e Renzo Montagnani, La donna della domenica (1975), - tratto dall’omonimo romanzo di Carlo Fruttero e Franco Lucentini e interpretato da Jacqueline Bisset e  Jean-Louis Trintignant - e L’ingorgo (1979) di Luigi Comencini, con Alberto Sordi e Ugo Tognazzi, Signore e signori, buonanotte (1976) di Luigi Comencini, Mario Monicelli, Nanni Loy, Ettore Scola e Luigi Magni, Una giornata particolare (1977), di nuovo con Sophia Loren, Splendor (1988) e Che ora è? (1989) -, di Ettore Scola -, Doppio delitto (1977) di Steno, con Ursula Andress, Peter Ustinov, Jean-Claude Brialy e Gianfranco Barra, Così come sei (1978) di Alberto Lattuada, Fatto di sangue fra due uomini per causa di una vedova. Si sospettano moventi politici (1978) di Lina Wertmüller, Giallo napoletano (1979) di Sergio Corbucci, La pelle (1981) - tratto dal libro omonimo di Curzio Malaparte ed interpretato anche da Claudia Cardinale e Burt Lancaster - e Oltre la porta (1983), di Liliana Cavani,  Enrico IV 1984) di Marco Bellocchio, Il volo (1986) di Theo Angelopoulus, Stanno tutti bene (1990) di Giuseppe Tornatore, Verso sera (1990) di Francesca Archibugi, Cin cin (1991) di Gene Saks, Prét-à-porter (1994) di Robert Altman, Sostiene Pereira (1995) di Roberto Faenza, tratto dal libro omonimo di Antonio Tabucchi, Cento e una notte (1995) di Agnès Varda, Al di là delle nuvole (1995) di Michelangelo Antonioni e Wim Wenders, Tre vite e una sola morte (1996) di Raul Ruiz, Viaggio all’inizio del mondo (1997) di Manoel de Oliveira, uscito postumo, Mi ricordo sì io mi ricordo (1997) di Anna Maria Tatò, anch'esso uscito postumo; una testimonianza-memoria in chiave aneddotica e autobiografica di episodi della sua vita e della sua carriera, girato nell’estate del ’96 durante la lavorazione di Viaggio all’inizio del mondo.