Fellaini şi-a făcut debutul la Standard Liege, cu care a cucerit titlul de campion al Belgiei, în 2008. În acelaşi an, el a fost recrutat de Everton în schimbul sumei de 20 de milioane de euro, devenind cel mai scump transfer din istoria fotbalului belgian la momentul respectiv.
"Big Mo" a îmbrăcat de 177 de ori tricoul "caramelelor", înainte de a semna cu o altă echipă din Premier League, Manchester United, în vara lui 2013. Fotbalistul belgian a cucerit cu United o Cupă a Ligii (2016), o Cupă Angliei şi o Supercupă (ambele în 2017), precum şi trofeul Europa League (tot în 2017).
În 2019, mijlocaşul a semnat cu echipa chineză Shandong Taishan, cu care şi-a încheiat contractul în noiembrie 2023.
Marouane Fellaini are 87 de selecții în reprezentativa Belgiei, pentru care a marcat de 18 ori. El a participat la Cupa Mondială din 2014, la EURO 2016, precum şi la Mondialul din 2018, la care Belgia s-a clasat pe locul al treilea.