Marielle Heller lahir di Marin County, California, dan merupakan putri dari Steve Heller, seorang tenaga medis, dan Annie Heller, seorang seniman dan guru seni.[3] Ia besar di Alameda bersama adik-adiknya, Nate dan Emily.[3] Ia mulai berkarier sebagai aktris dan menyebut aktingnya sebagai "cinta pertama."[4] Ketika ia masih kecil, ia merupakan anggota Teater Musikal Alameda Children di mana ia berpartisipasi dalam empat drama setahun, termasuk peran Rabbit dalam Winnie the Pooh, Templeton si tikus dalam Charlotte's Web serta Polly dalam The Magician's Nephew.[3]
Seiring waktu, ia lulus ke teater komunitas serta produksi di Saint Joseph Notre Dame, tempat ia menempuh pendidikan menengah.[3] Ia lulus pada 1997.[5] Ia belajar teater di UCLA dan kemudian di Royal Academy of Dramatic Art, London.[6] Selain itu, ia mendapatkan gelar tertinggi Lynn Auerbach Screenwriting Fellowship dan The Maryland Film Festival Fellowship.[7]
↑"Marielle Heller '97". Saint Joseph Notre Dame High School (dalam bahasa Inggris). March 19, 2014. Diarsipkan dari asli tanggal 2019-04-04. Diakses tanggal December 18, 2018.