Marina Catherine de Poliakoff-Baidaroff néven született a Párizshoz közeli Clichyben. Orosz nemesi családból származó szülei az első világháború és a polgárháború elől menekültek el, apja operaénekes, anyja balett-táncos volt, de a férfinak munkásként is dolgoznia kellett. Négy lányuk közül hárman választották a filmes pályát (a negyedik tévérendező lett), s mindhárman más néven lettek ismertek. A legfiatalabb, Marina apja, Vlagyimir tiszteletére lett Vlady, Tania nővére az Odile Versois, Militza pedig az Hélene Vallier nevet választotta – a V betű mindegyiküknél a győzelem (victoire) szóra utal. A testvérek időnként együtt is felléptek, 1967-ben nagy sikerrel játszották egy párizsi színházban Csehov Három nővérét.
Marina gyerekként balettozott, tagja volt a párizsi opera balettkarának. A filmvásznon először tizenegy évesen, statisztaként tűnt fel (a főszerepet Odile nővére alakította egy francia-olasz filmben), majd az 1950-es évek elején Olaszországban is dolgozott. Itt forgatott filmjeiben inkább küllemén, mint színészi tehetségén volt a hangsúly, de olyan csillagok partnere lehetett, mint Marcello Mastroianni és Gina Lollobrigida.
Vlady első férje a szintén orosz származású Robert Hossein francia színész-rendező volt, akivel még tizenhét évesen kötött házasságot, s akitől két fia született. Több filmet is forgattak együtt. 1963-ban másodjára is férjhez ment, ezúttal egy pilótához, akitől szintén fia született.
Még tizenéves volt, amikor hazájában is felfedezték: szlávos szépségével, érdekes arcával, titokzatos zöld szemével az új filmideál, a nőiesség új szimbóluma lett. Az özönvíz előtt című filmben nyújtott alakításáért 1954-ben megkapta a legígéretesebb fiatal színésznőnek járó díjat. A következő évben forgatott, A boszorkány című filmje nemcsak alakítása miatt emlékezetes, hanem azért is, mert derékig érő szőke hajával divatot teremtett. Nemzetközi sikert aratott a Bűn és bűnhődésben Jean Gabin oldalán.
Legemlékezetesebb alakítását Marco Ferrari A méhkirálynő (1964) című filmjében nyújtotta. A válságba jutott párkapcsolat eredeti feldolgozásában Ugo Tognazzi partnereként a szerelemre éhes feleség szatirikus megelevenítésével hódította meg a közönséget. A maga idejében provokatívnak minősülő film forgalmazását a cenzúra csak több változtatás után engedélyezte. Vlady játékáért megkapta a cannes-i filmfesztivál legjobb színésznőnek járó kitüntetését és Golden Globe-ra is jelölték.
Játszott az Orson Welles rendezte Falstaffban (a parádés szereposztású Shakespeare-adaptáció kevés angol nyelvű filmjeinek egyike), Jean-Luc Godard Két vagy három dolgot tudok róla című alkotásában, majd Jancsó Miklós rendezte a Sirokkóban. Származása és nyelvismerete keletre is utat nyitott számára. 1969-ben a Szovjetunióban forgatott, A Sirály születése című filmben a Csehov életében felbukkanó kevés nőalak egyikét, a drámaíró rajongásának tárgyát, Lika Mizinovát formálta meg. A hetvenes években a tengerentúlon is megpróbált karriert csinálni, nem sok sikerrel.
1967 júliusában a moszkvai nemzetközi filmfesztivál vendégeként, véletlenül találkozott a Szovjetunióban kultikus figurának számító Vlagyimir Viszockij színész-énekessel. Vlady barátai tanácsára ment el a Taganka színházba, ahol Szergej Jeszenyin Pugacsov című drámai költeményét próbálták Jurij Ljubimov rendezésében, főszerepben Viszockijjal. Az ismeretségből pillanatok alatt szerelem, majd 1970 decemberében házasság lett, amely a már életében legendás dalköltő 1980-ban bekövetkezett haláláig tartott, jóllehet kapcsolatukat megviselte Viszockij zaklatott életvitele.
Csak egyetlen közös filmben szerepeltek, az 1977-ben készült Ők ketten című alkotást Mészáros Márta rendezte; a film két nő barátságának, házasságainak, szerelmi kapcsolatainak különös mélységű rajza. A viharos kapcsolatról a színész-bárd több dalát is eléneklő színésznő Szerelmem, Viszockij címmel 1987-ben könyvet írt, majd húsz évvel később francia nyelvű előadás is született belőle. A könyvből Földes László Hobo írt zenés balladát Ballada a két sebzett hattyúról címmel, s szintén ez szolgált A megszakított repülés, avagy szerelmem, Viszockij című monodráma alapjául. A párnak Jekatyerinburgban emlékműve van, a 2006-ban felavatott életnagyságú bronzszobor Viszockijt gitárral ábrázolja, Vlady mellette ül.
A színésznő harmadik férje halála után visszaköltözött Franciaországba, negyedik házasságát a nyilvánosság kizárásával kötötte egy orvossal, akivel több mint húsz évig, annak 2003-ban bekövetkezett haláláig élt együtt. A kilencvenes évektől elsősorban televíziós sorozatokban és tévéfilmekben vállalt szerepet, 1992-ben Nagy Katalin orosz cárnőt formálta meg egy orosz-japán történelmi filmben (Dreams of Russia). 2001-ben a Taviani fivérek rendezte Tolsztoj-adaptációban (Feltámadás) játszott, majd egy algériai-francia filmdrámában, illetve egy francia tévéfilmben alakított főszerepet, s több rövidfilmben is közreműködött.
Szabadidejében szívesen foglalkozik szobrászattal és irodalommal. 1997-ben A konyhán át a szívhez címmel jelentetett meg könyvet, 2002-ben Az én cseresznyéskertem címmel regénye, 2005-ben memoárkötete, a következő évben újabb regénye jelent meg. Nővéreivel hanglemezfelvételeket is készített. 1994-ben megkapta a francia Művészeti és Irodalmi Rend parancsnoki fokozatát.
A nyitóképen Marina Vlady 1962-ben a cannes-i filmfesztiválon. Fotó: Leemage via AFP
