Марлон Сантос родился 7 сентября 1995 года в Дуки-ди-Кашиас, Бразилия. Футболист прошёл подготовку в академии «Флуминенсе» и впервые сыграл за главную команду этого клуба в 2014 году.

В 2016-м защитник отправился в аренду в «Барселону», а уже зимой следующего года оформил полноценное соглашение с каталонским клубом. Сезон-2017/18 он провёл в «Ницце», после чего три года выступал в Италии за «Сассуоло».

Летом 2021 года Марлон стал игроком «Шахтёра» и за первые шесть месяцев провёл 22 матча. Затем он выступал на правах аренды за «Монцу» и родной «Флуминенсе». В сезоне-2024/25 бразилец защищал цвета ФК «Лос-Анджелес», сыграл 26 встреч и забил один мяч, а также принял участие в трёх матчах клубного чемпионата мира 2025 года.

В июле 2025 года Сантос вернулся в донецкий клуб. Центральный защитник силён в отборе и выборе позиции, уверенно работает с мячом и способен точно начинать атаки длинными передачами.