Il a grandi à Los Angeles après avoir déménagé avec sa famille à l'âge de six ans. Marvin est diplômé du lycée de Beverly Hills en 1996 avant d'entrer à l'Université de Californie du Sud, où il a rejoint la troupe de théâtre.
En 2001, Marvin commence sa carrière dans le monde des médias en faisant une apparition dans un épisode de *Buffy contre les vampires*. L'année suivante, il obtient son premier rôle récurrent à la télévision, jouant dans *Star Trek: Enterprise*, où il incarne le personnage de Trip Tucker.
En 2003, Marvin apparaît dans le film *The O.C. : Le Complot* en tant que guest-star avant d'obtenir son propre rôle dans la série télévisée *The O.C.* la même année. Il joue le rôle de Charlie, un personnage récurrent lors des trois premières saisons et un acteur invité pour les dernières deux.
En 2004, Marvin fait une apparition en tant que guest-star dans l'épisode pilote de la série *Veronica Mars*, où il interprète le personnage de Weevil, une incarnation du personnage de Duncan Kane. Il revient dans la série les deux saisons suivantes.
En 2017, Marvin a rejoint le casting principal de la série télévisée *Hawaii Five-0* en tant que lieutenant Commander Steve McGarrett, remplaçant Alex O'Loughlin qui avait quitté l'équipe à la fin de la saison huit.
En parallèle à sa carrière d'acteur, Marvin a également produit et dirigé plusieurs films courts métrages, dont *The Ride* en 2016. Il est également impliqué dans des initiatives caritatives, notamment avec l'organisation sans but lucratif One Voice.
Marvin a eu une fille, Ruby, le 5 mai 2018, avec sa compagne Sarah Roemer, qui est aussi actrice.