Zijn vader was Italiaan, zijn moeder had de Franse nationaliteit.  Vanaf de leeftijd van zeven woonde Marcello Pagliero in Italië.  Hij studeerde er rechten.  Hierna ging hij aan het werk als journalist en werd kunst- en literair criticus.

Eind de jaren ’30 zette hij dan de stap naar de Italiaanse film, aanvankelijk zorgde hij voor het dubben van Engelse films naar het Italiaans. 

In 1941 werkte hij mee aan zijn eerste filmscenario’s, twee jaar later bracht hij als regisseur zijn eerste film uit.  En toch was het als acteur dat hij zijn eerste internationale bekendheid kreeg wanneer hij de sleutelrol speelde als Manfredi in Roma Citta aperta/open City van Roberto Rossellini.

Het jaar daarop was hij als scenarist verantwoordelijk voor één van de verhalen van Paisa/Paisan.

In 1947 verhuisde hij naar Frankrijk waar hij als acteur én als regisseur actief bleef, uitzonderlijk keerde hij nog eens naar Italië terug voor een filmproject.

Na 1960 maakte hij geen enkele langspeelfilm meer maar was nog in een aantal films te zien als acteur.  Daarnaast stond hij in voor de regie van een aantal producties voor de Franse televisie.