Cемья эмигрировала из Российской империи в связи с революцией.
Отец Владимир Поляков-Байдаров пел в опере, именно в его честь и после его смерти актриса взяла свой псевдоним. А мать Милица Энвальд была дочерью генерала, балериной. Марина была младшей из четырех сестер, все девочки связали свою жизнь с искусством и все взяли псевдонимы на букву В. Старшая, Ольга Варен, стала телережиссером, остальные же, Одиль Версуа, Элен Валье и Марина Влади, пошли в актрисы.
Свою первую роль она получила в возрасте 10 лет в фильме Жана Герэ "Летняя гроза" (Orage d'été , 1949). В СССР она приобрела широкую известность после выхода фильма "Колдунья" (La Sorcière) в 1956 году. Всего Влади снялась более чем в 80 фильмах. За роль в картине "Пчелиная матка" (Una storia moderna - L'ape regina, 1963) она была удостоена приза Каннского кинофестиваля за лучшую женскую роль.
Первым мужем Марины Влади стал ее коллега - актер и режиссер Робер Оссейн, имеющий азербайджанские корни. В браке они прожили всего 4 года, но зато успели родить двух сыновей, которым актриса дала русские имена – Игорь и Петр. Во второй раз Влади вышла замуж за пилота Жан-Клода Бруйе, от него родила еще одного сына, которого назвала Владимиром в честь своего отца.
Особое место в ее биографии занимал ее брак с советским поэтом, актером и бардом Владимиром Высоцким. Брак стал третьим для Влади. Они познакомились в 1967 году и поженились в 1970 году. Влади оставалась его супругой до смерти Высоцкого в 1980 году. Позднее она написала посвященную ему книгу "Владимир, или Прерванный полет" и создала одноименный спектакль.