Marie Denarnaud est une actrice française. Dans sa jeunesse, elle est entrée au lycée Jules-Ferry de Versailles, puis a étudié l'art dramatique dans la classe libre du cours Florent. En 2000, elle est apparue pour la première fois au cinéma dans un rôle principal dans le film de Patrick Sébastien « Je t'aime », ainsi que l'année suivante dans le film d'Ivan Attal « Ma femme est une actrice », avec ce dernier et Charlotte Gainsbourg dans les rôles principaux. En 2002, elle est devenue la sœur de Clémence aux côtés de Dominique Lavanant dans la série policière sœur Thérèse.com, qu'elle quittera à la fin de la troisième saison, en 2004, pour rejoindre la série « Merci, les enfants vont bien » (2005). En 2003, elle s'est véritablement fait connaître du grand public, révélant pleinement ses qualités dramatiques, grâce à son rôle de Ninon dans « Les Corps impatients » de Xavier Giannoli. En juin 2005 a été diffusé le téléfilm d'Alain Tasma « Nuit noire, 17 octobre 1961 », dans lequel elle est l'épouse d'un simple policier François Martin (interprété par Jean-Michel Portal). Cette fiction, qui raconte les faits réels du massacre de manifestants algériens à la suite de violentes répressions de la police française à Paris, sera présentée sur grand écran en octobre 2005.

En août 2010, Mélanie Laurent l'a choisie pour son premier long métrage « Les Adoptés », avec Clémentine Célarié et Denis Ménochet dans les rôles principaux4. Lorsque ce film est sorti en novembre 2011, le magazine Elle a déclaré qu'elle « illumine » le film5, et Le Parisien souligne qu'elle y est « éclatante »6. Elle retrouvera la réalisatrice des films « Respire » (2014) et « Plonger » (2017). En octobre 2013, Audrey Estrougo a présenté son drame « Une histoire banale » (2014) au festival de cinéma de Saint-Jean-de-Luz, où Marie Denarnaud « a magistralement joué une jeune femme violée qui tente de revenir à une vie normale ». Début avril 2021, elle a incarné une commissaire aux côtés d'Audrey Fleurot et Mehdi Nebbou dans la comédie policière HPI, qui est devenue cette année-là la plus populaire de France. En septembre, elle a rejoint le casting de la mini-série « L'Absente », produite par la productrice Sophie Révil, qui a souligné qu'elle y est « incroyablement crédible en femme policier enceinte qui veut absolument résoudre cette affaire mystérieuse avant d'accoucher ».