Marco Mengoni nació en Ronciglione el día de Navidad de 1988. A los 14 años comienza a cantar ocasionalmente y en 2006 fundo su propia banda. Simultáneamente se gradúa en diseño industrial y se matricula en la Facultad de lenguas en Roma y asimismo recibe clases de técnica vocal. En 2008 ya tiene su propio grupo con el que toca en bares y clubs, adquiriendo a la vez experiencia como técnico de sonido y grabación. En 2009 se presenta a las audiciones de X Factor y es escogido por el cantante Morgan, pasando a las galas en directo en las que interpreta temas de muy diversos estilos, desde AC/DC hasta Mia Martini. Tras vencer el concurso, el 4 de diciembre edita Dove si vola, su primer maxisingle, que en pocas semanas supera las 70.000 copias vendidas. También gracias a su triunfo accede directamente al 60º Festival de San Remo, quedando tercero con Credimi ancora, que es editado en su segundo single, Re Matto, editado en febrero de 2010. En mayo parte de Milán el Tour Re Matto. Ese mismo año gana la categoría de Hombre del año en los MTV y poco después obtiene el doble platino por Dove si vola, así como Artista italiano en los premios Ema 2010 y Mejor artista europeo en noviembre, galardón que no lograba un italiano hacía 17 años.

Su primer álbum de estudio, Solo 2.0, sale a la venta en otoño de 2011, emprendiendo el Solo tour en la primavera del año siguiente. Es de destacar su single Dall’inferno. Por su doblaje de Onceler en la película de dibujos animados Lorax il guardiano della foresta es galardonado con el Premio Especial Revelación de voz en los Premios Leggio d’Oro. Ha participado con el tema Destra-Sinistra en el álbum …Io Ci Sono, homenaje a Giorgio Gaber en el décimo aniversario de su fallecimiento.

En febrero de 2013 Marco vence en el Festival de San Remo con el tema L’essenziale y se anuncia que será el representante italiano en Eurovisión 2013. Un mes más tarde decide que acudirá a Malmö con el mismo tema, donde alcanza la séptima posición.

Su siguiente disco, #PRONTOACORRERE, que incluye la canción que llevó al festival, sale a la venta en marzo de 2013 y, a las pocas semanas de su lanzamiento, alcanza el Disco de platino. En noviembre, el público de la MTV europea consagra a Marco como Mejor artista italiano y lo convierte en la Mejor actuación europea entre los nominados en su categoría. En 2014 comienza a promocionar en España su single Incomparable, la adaptación al castellano de su canción eurovisiva, además de lanzar una versión española de su álbum. En 2015 publica Parole in circolo, y con él sus dos primeros sencillos de promoción: Guerriero y Esseri Umani. En octubre del mismo año, Mengoni lanza un adelanto del primer single y videoclip de Ti ho Voluto Bene Veramente, del disco Le Cose che non Ho, lanzado dos meses después. Una semana después de su publicación el disco debuta directamente en la primera posición de la clasificación italiana y se certifica disco de platino por las más de 50.000 copias vendidas, cifra que en enero ya supera las 150.000. Al final del año Mengoni resulta ser el único artista en tener dos discos en las primeras diez posiciones de los álbumes más vendidos del año.

En febrero de 2016 Mengoni estrecha aún más sus lazos con España debido al lanzamiento del disco Liberando Palabras, versión española de Le Cose Che Non Ho, y a la publicación en febrero del primer sencillo de este, Invencible. En octubre del mismo año el artista anuncia la publicación del álbum en vivo Mengoni live. Este disco contiene, entre otros temas, seis canciones inéditas. En 2018 publica al mismo tiempo los singles Voglio y Buona vita, que anticipan el quinto álbum de estudio, Atlantico, publicado en noviembre.

En diciembre de 2021 Marco publica el sexto álbum de estudio Materia (Terra), precedido en junio y octubre por los sencillos Ma stasera y Cambia un uomo. El disco representa el primer capítulo de una trilogía ideada por el artista. En septiembre de 2022 anuncia el segundo capítulo de la trilogía, Materia (Pelle).

A finales de diciembre de 2022 se anuncia la participación de Mengoni en el próximo Festival de Sanremo. El cantante resulta favorito desde la primera serata con una interpretación desgarrada del tema Due Vite, alzándose finalmente con la victoria y confirmando, al día siguiente, que sería él el abanderado italiano en Liverpool. Poco después confirma también que llevará la misma canción al Festival.

En la final de Liverpool Marco Mengoni consiguió para Italia la 4ª posición con 350 puntos, llevándose prácticamente la misma cantidad de votos del público que del jurado. La canción, además, se convierte en gran éxito en Italia, consiguiendo hasta cuatro discos de platino y situándose entre las primeras posiciones de las listas de ventas. Internacionalmente, entra en las listas de hasta 14 países, con reconocimiento especial en Suiza.

Poco después Marco prosigue su carrera con el lanzamiento de un nuevo single, Pazza Musica, en colaboración con la cantante italiana Elodie. En realidad, Pazza Musica es el tema que da inicio al tercer álbum de la trilogía Materia (Prisma), formado por once temas. En octubre del mismo año el artista inicia un tour europeo, para lo cual estrena su canción Due Vite en francés (La Dernière Chanson).

En noviembre de 2023 se anuncia que Mengoni actuará y será también co-presentador del próximo Festival de Sanremo 2024.

En cuanto a su vida personal poco se sabe de su vida amorosa ya que el artista no habla de su vida privada. Marco, además de su faceta de cantautor y letrista, es dibujante, actor de doblaje, director y modelo, lo que le hace ser una figura muy presente en la cultura italiana con enorme presencia en las redes sociales.