Nasceu em Recife, Pernambuco. Seu contato com o cinema começou através de um cineclube criado por ele em sua cidade natal. Em seguida formou-se em Cinema na Universidade de Bristol, Inglaterra e dirigiu uma série de premiados curtas-metragens. Seu primeiro longa, Cinema, Aspirinas e Urubus, estreou em Cannes em 2005, Un Certain Regard, e ganhou o prêmio do Ministério da Educação da França. O filme recebeu mais de outros 50 prêmios pelo mundo.

En 2009 apresento no Festival de Venezia “Viajo porque preciso, volto porque te amo”, em codireção com Karim Aïnouz.

Seu filme “Era uma vez eu, Verônica” estreou no Festival Internacional de Cinema de Toronto em 2012 e conquistou prêmios em festivais em Brasília, San Sebastian, Havana, Amazonas e Guadalajara, entre outros.

Marcelo Gomes foi também co-roteirista de outros filmes: “Madame Satã” (de Karim Ainouz), que estreou na seção Un Certain Regard no Festival de Cannes em 2002, “Casa de Alice” (de Chico Teixeira) e “Deserto Feliz” (de Paulo Caldas). Os dois últimos foram apresentadas na seção Panorama da Berlinale em 2007.

Foi também co-roteirista dos filmes “Boi Neon” (Gabriel Mascaro), “Tudo que aprendemos juntos” (Sérgio Machado), “Órfãos de Eldorado” (Guilherme Coelho) e “Divino Amor” (Gabriel Mascaro).

Em 2014 apresentou na mostra Panorama da Berlinale o longa-metragem “O homem das multidões”, codirigido junto com Cao Guimarães.

Em 2017 seu longa-metragem sobre o mártir da independência brasileira “Joaquim” foi selecionado para a Competição Oficial da Berlinale.

Marcelo Gomes estreou seu documentário “Estou me guardando para o Carnaval chegar” na mostra Panorama Dokumenta da Berlinale em 2019.