Марина Мстиславовна Неёлова родилась 8 января 1947 года в Ленинграде (сегодня – Санкт-Петербург). Её мать во время войны была радисткой, а после рождения дочери посвятила себя её воспитанию. Отец любил рисовать акварелью и старался привить дочери любовь к искусству. Они с детства водили Марину на спектакли, в кино, на выставки. Маленькая Марина начинала заниматься балетом. И хотя она не стала профессиональной балериной, эта любовь осталась с ней на всю жизнь.
В 1964 году Марина поступила в Ленинградский институт театра, музыки и кинематографии, где проявила себя как многообещающая актриса. После окончания института Марина устроилась в штат Ленфильма, где ещё на третьем курсе снялась в кинофильме «Старая, старая сказка».
В 1972 году она уехала в Москву в театр имени Моссовета, которым руководил Юрий Завадский, но вскоре была приглашена в «Современник» на одну из заглавных ролей в спектакле «Валентин и Валентина», где и осталась работать.
Марина продолжала сниматься и в кино. Её хрупкая внешность идеально подходила для роли романтической сказочной героини, она снялась в фильмах «Тень», «Принц и нищий», «Цвет белого снега» и др. Ей удались также и драматические роли – Степанида («С тобой и без тебя»), Нина («Монолог»), Алла («Осенний марафон»), Елена Шемелова («Тюремный романс»), учительница («Дорогая Елена Сергеевна»).
За свои роли актриса неоднократно получала различные награды, среди которых – государственные, театральные и кинематографические премии, ордена Почёта, Дружбы и «За заслуги перед Отечеством» IV и III степеней, а также звания Заслуженной и Народной артистки РСФСР.
В настоящее время Марина Неёлова живёт в Москве, она продолжает играть на сцене театра «Современник», принимает участие в озвучивании фильмов и в телепроектах, а также периодически снимается в кино. Среди последних её работ в новом тысячелетии – роли в картинах: «Азазель», «Крутой маршрут», «Предлагаемые обстоятельства», «Карп отмороженный» и других.
