Considerato tra i migliori giocatori italiani di sempre, è stato selezionato con la 18ª scelta assoluta al Draft NBA 2007 dai Golden State Warriors, ed è il primo e unico italiano ad aver vinto il titolo NBA (nella stagione 2013-2014 con i San Antonio Spurs), oltre che l'NBA Three-point Shootout (vinto durante l'NBA All-Star Weekend 2014).
Nel corso della carriera ha vinto inoltre tre campionati italiani, uno con la Fortitudo Bologna e due con la Virtus Bologna, una Supercoppa italiana con la Fortitudo, venendo nominato MVP di quest'ultima, e tre con la Virtus nonché, ancora, una Coppa Italia e una EuroCup sempre con la Virtus Bologna. Per finire, con punti segnati in 154 partite, è il quarto miglior realizzatore nella storia della Nazionale italiana.
Caratteristiche tecniche Il suo ruolo in campo era quello di guardia tiratrice, con ottime doti offensive. Belinelli era un micidiale tiratore da ogni distanza in particolar modo da 3 punti, ed era estremamente abile nel catch and shoot grazie alla sua capacità di rilasciare la palla velocemente ed in maniera precisa. Era, inoltre, in grado di tirare con precisione sia in movimento che da fermo, come ha affermato il suo ex compagno di squadra Chris Paul. Altre caratteristiche del suo gioco erano i tagli in backdoor con i quali inserirsi ed appoggiare al canestro oppure attirare il raddoppio difensivo avversario con lo scopo di liberare un compagno. Nel 2014 ha vinto l'NBA Three-point Shootout, terzo europeo a riuscirsi dopo Predrag Stojaković e Dirk Nowitzki.
Carriera Club (in Italia) Gli inizi Nella famiglia, il fratello maggiore Enrico giocava nella squadra locale di pallacanestro, mentre il secondogenito Umberto praticava pattinaggio artistico a rotelle. Marco iniziò a giocare nelle giovanili della squadra della Vis Persiceto, che esordirono successivamente nei campionati regionali.
Nel 1997 viene notato dal responsabile del mini-basket Gianni Giardini e segnalato all'allora allenatore delle giovanili Massimiliano Milli, coadiuvato dal vice Licen Simone, tutti allenatori delle squadre giovanili della Virtus Bologna. Nella stagione 1997-1998 entra a far parte della squadra giocando nel ruolo di playmaker e sarà allenato per 4 anni consecutivi da Massimiliano Milli. La squadra vince per 4 anni di seguito i campionati provinciali e regionali, partecipando alle finali nazionali di Bormio e Marco riceve più volte la nomina di miglior giocatore nelle varie manifestazioni sportive. Marco continua a crescere e nella stagione 2001-2002 inizia a occuparsi di lui Marco Sanguettoli, storico allenatore dei cadetti e juniores della Virtus. Con Sanguettoli, formatore di tanti giovani giocatori, Marco gioca due anni (2001-2003) e continua a migliorare. A soli 15 anni inizia ad allenarsi con la prima squadra, con l'allenatore Ettore Messina e al fianco del campione argentino Emanuel Ginóbili.
Serie A (2002-2007) Debutta in Serie A in Virtus Bologna-Snaidero Udine nella primavera del 2002, a 16 anni appena compiuti, segnando il suo primo canestro oltre l'arco dei tre punti. Nel 2002-03 presenzia stabilmente in Serie A, con 22 presenze in campionato e 15 in partite europee una media di 3 punti a partita e un massimo di 14 punti nella partita contro la Benetton Treviso.
A causa del dissesto economico della Virtus, l'anno successivo passa alla Fortitudo Bologna, guidata dall'allenatore croato Jasmin Repeša.
Gioca 34 partite di campionato con ottimi risultati, 12 minuti abbondanti di utilizzo e una media di 4,5 punti a partita (65% da due punti e 41% da tre). In campo europeo gioca gli stessi minuti, con una media di 3 punti a partita e percentuali al tiro sempre altissime. Il massimo stagionale (14 punti) lo ottiene contro il Panathīnaïkos, giocando 32 minuti in cui tira con 6/7 dal campo, aggiungendo 3 rimbalzi offensivi. La squadra raggiunge la finale di Eurolega e la finale scudetto, entrambe perse.
Marco indossa inoltre la maglia della nazionale juniores, quarta agli Europei di Saragozza, e incomincia a essere seguito con interesse dalla NBA.
Nella stagione 2004-05 gioca 17 minuti, con una media di 7 punti a partita (61% da due punti, 41% da tre punti) e con un massimo di 20 punti. La squadra ne trova giovamento, e quando la rosa sembra essere ristretta, dopo l'infortunio del serbo Miloš Vujanić e l'allontanamento dalla squadra di Gianmarco Pozzecco, Belinelli dà un importante contributo alla squadra giocando un'inaspettata finale scudetto contro l'Olimpia Milano, che porterà la Fortitudo al secondo titolo italiano della sua storia, e al primo di Belinelli.
La stagione 2005-06 è quella dell’esplosione per Marco, che trascina la propria squadra alla finale di campionato, poi persa contro la Benetton Treviso guidata dalla futura prima scelta al draft NBA Andrea Bargnani. Marco risulta essere il miglior giocatore del campionato e uno dei prospetti europei più seguiti oltreoceano.
Durante il mondiale giapponese del 2006 gioca contro la nazionale americana, composta da giocatori del calibro di LeBron James e Carmelo Anthony, segnando 25 punti. Belinelli la descrisse nel 2015 come la partita più importante della sua vita., dal minuto 2:40 al min 3:16.
Nel settembre 2006, Marco è l’oggetto del desiderio di quasi tutte le squadre italiane ed europee e firma un contratto quadriennale con la Fortitudo, al termine di una lunga trattativa che lo vide per molto tempo vicino alla Virtus Roma.
La sua ultima annata in Italia lo vede protagonista di una stagione difficile, complice la non facile situazione verificatasi in Fortitudo, fuori dai playoff al termine della stagione. Il 12 febbraio 2007 riceve, a soli vent'anni, uno dei riconoscimenti più importanti del basket italiano, il Premio Reverberi, giunto alla ventunesima edizione, e conosciuto con la denominazione di Oscar del Basket.
NBA (2007-2020) Golden State Warriors (2007-2009) Il 28 giugno 2007, nel corso del draft NBA 2007 viene selezionato al primo giro come 18ª scelta assoluta dai Golden State Warriors, e secondo europeo, così come nel 2006 il già citato Bargnani (scelto come 1º assoluto dai Toronto Raptors).
All'esordio nella Summer League di Las Vegas l'8 luglio 2007 realizza 37 punti con 14/20 dal campo e 5/7 nel tiro da 3 in 40 minuti di gioco, allora seconda migliore prestazione nella breve storia del precampionato americano, a un solo punto da Keith Bogans che ne realizzò 38, nel 2004, con la maglia di Orlando. Nelle partite successive realizza, in ordine, 23, 15 e 16 punti, chiudendo la Summer League con una media di 22,8 punti (44,4% da tre punti) e 2,5 assist a partita. Poco dopo firma per due anni con la squadra californiana. In un'intervista dichiara di puntare persino a vincere il campionato.
Il 30 ottobre 2007 fa il suo esordio nell'NBA contro gli Utah Jazz, realizzando 6 punti con 2/4 dal campo (2/3 nel tiro da tre) in 12 minuti di gioco. La sua prima stagione negli Stati Uniti si rivela tuttavia avara di soddisfazioni: Marco infatti partecipa complessivamente solo a 33 delle 82 gare di stagione regolare, rimanendo in campo mediamente solo 7,3 minuti. A dicembre si vocifera persino che Marco potrebbe finire in D-League, la lega di sviluppo dell'NBA: l'eventualità non si concretizzerà mai, anche per la contrarietà del giocatore.
Dopo un'altra ottima Summer League, nella stagione 2008-09 Don Nelson continua a utilizzarlo poco, e Belinelli dichiara la sua insoddisfazione a La Gazzetta dello Sport. Complici anche gli infortuni dei compagni Corey Maggette e Stephen Jackson e la perdurante assenza di Monta Ellis, Belinelli trova finalmente spazio: dalla partita dell'8 dicembre contro gli Oklahoma City Thunder (vittoria 112-102 e 13 punti in 18') per lui inizia la "vera" carriera NBA e ben presto trova posto nel quintetto base. In 11 delle 13 partite disputate fino alla fine del 2008 segna più di 11 punti e il 19 dicembre 2008 nella partita contro gli Atlanta Hawks segna il suo record assoluto con 27 punti (11/21 dal campo, 3/10 da tre punti) in 42 minuti, aggiungendo 3 rimbalzi e 6 assist.
Il 29 dicembre 2008, nella partita casalinga vinta 117-111 contro i Toronto Raptors di Andrea Bargnani, segna 23 punti ed esce tra gli applausi al grido di "Rocky, Rocky", nome con cui i tifosi dei Warriors lo hanno ribattezzato in virtù di una somiglianza con Sylvester Stallone. L'11 gennaio 2009 si procura una distorsione alla caviglia destra nel match contro gli Indiana Pacers; prima dell'infortunio mette a referto 17 punti. Dopo oltre un mese di assenza rientra nella gara del 18 febbraio con i Lakers, firmando una prova che sembra farlo ripartire da dove aveva lasciato (6 punti e 4 assist in 15 minuti). Chiude la stagione con una media di 8,9 punti, 1,7 rimbalzi e 2,1 assist a partita e un utilizzo medio di 21 minuti.
Toronto Raptors (2009-2010)
Il 30 luglio 2009 viene ceduto ai Toronto Raptors in cambio di Devean George. A Toronto lui raggiunge il suo connazionale Andrea Bargnani, formando la prima coppia di giocatori italiani nella stessa squadra in NBA. Il 29 ottobre 2009, il giorno dopo la prima partita ufficiale con la nuova maglia, i Raptors annunciano di aver esercitato l'opzione contrattuale per la stagione 2010-11. A Toronto Belinelli sembra destinato a giocarsi il ruolo di guardia tiratrice titolare con DeMar DeRozan: di fatto l'italiano diventa la seconda scelta in questo ruolo, e il suo minutaggio viene a essere, a fine stagione, di 17 minuti (minore di quello della stagione precedente ai Warriors), con una sola partita giocata da titolare e un impiego via via sempre minore. Nonostante ciò per Belinelli, con 66 partite giocate e più di minuti sul parquet, è la stagione NBA con impiego più continuo. Le cifre della guardia italiana però si abbassano rispetto all'anno precedente: non solo i minuti, ma anche i punti (7,1 PPG). I Raptors finiscono la stagione con un bilancio di 40 vittorie e 42 sconfitte, mancando di un soffio i playoff, dopo un finale di stagione in calo.
New Orleans Hornets (2010-2012) Nonostante il contratto coi Raptors in scadenza nel 2011, l'11 agosto 2010 la ESPN annuncia lo scambio di Belinelli con Julian Wright, ala dei New Orleans Hornets. A New Orleans Belinelli diventa titolare in pianta stabile (con David West, Trevor Ariza, Chris Paul ed Emeka Okafor) e contribuisce in modo significativo al miglior inizio di stagione della storia della franchigia con una striscia di 8 vittorie consecutive. Dopo la fine della stagione ottiene insieme alla squadra il passaggio ai play-off con il settimo posto nella Western Conference.
Marco per la prima volta in carriera gioca nella post-season NBA. Nei play-off gli Hornets affrontano i Los Angeles Lakers campioni in carica. Nonostante tenga una buona media punti (10,5), perde un po' sul tiro da 3 punti (solo 30,8% da 3 rispetto al 40,1 della RS), e gli Hornets perdono la serie 4-2. Le sue statistiche a fine stagione saranno: 10,4 punti a partita con una media di 24,5 minuti a incontro e il 40,1% al tiro da 3 punti.
A fine stagione Marco rimane free agent. Firma il 14 dicembre 2011 la qualifying offer per rimanere un altro anno a New Orleans. Il giorno successivo alla firma di Marco, le prospettive della stagione di NOLA cambiano drasticamente e non in bene. Dopo una lunga trattativa (anche con il mancato passaggio ai Lakers per opera di David Stern) la stella della squadra Chris Paul viene ceduta ai Los Angeles Clippers, nello scambio che assegna alla franchigia della Louisiana una prima scelta al Draft NBA 2012 (che era stata ottenuta in precedenza dai Minnesota Timberwolves), Eric Gordon, Chris Kaman e Al-Farouq Aminu.