A 42 éves csatár az 1997-es draft második választásával lett a San Jose Shars hokisa, kisebb megszakításokkal - két szezont játszott a Toronto Maple Leafs csapatában, néhány meccsen pedig a Pittsburgh Penguinst erősítette a Stanley Kupa megszerzésének reményében - szinte egész karrierjét a kaliforniai klubban töltötte. A Sharksban a játszott meccseken túl pontokban, gólokban, emberelőnyös és -hátrányos találatokban ő tartja a klubcsúcsot.

Marleau április 20-án a Vegas Golden Knights elleni összecsapáson 1768. mérkőzésén lépett jégre az NHL-ben, amivel megdöntötte a legendás Gordie Howe rekordját, karrierjét végül 1779 találkozóval a háta mögött fejezte be.

A kanadai válogatottal kétszer nyert olimpiát (2010, 2014), kétszer világbajnokságot (2003, 2004), egyszer pedig vb-második volt (2005). A 2004-es világkupán szintén első lett hazájával. Az NHL-es All Star-gálán háromszor szerepelt (2004, 2007, 2009), Stanley Kupát azonban nem sikerült nyernie.