En 1985, il entre au conservatoire de Versailles dans la classe de flûte de Guy Tremblay et de composition de Claude Ballif. Il obtient les premiers prix de flûte et de composition à l'unanimité en 1989. En parallèle, il suit des cours particuliers avec Jacques Ibert puis Pierre Boulez au Conservatoire national supérieur de musique de Paris.
En 1989, Marc Delarue entre au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Lyon, dans la classe de composition de Tristan Murail. Il y termine ses études en 1993 avec mention très bien. Au cours des années qui suivent, il travaille sur des commandes pour le ministère de la Culture, l'INA (Institut national de l'audiovisuel), la Radio France et l'ORTF.
En 2002, il est finaliste au concours international Iannis Xenakis et il reçoit une commande de la Fondation Royaumont. En 2003, il obtient un premier prix au concours international de composition Georges Delerue, et en 2014, il est invité comme compositeur résident à l'Académie de France à Rome pour travailler sur son opéra "Psyché".
Marc Delarue a composé plus de 50 pièces et a collaboré avec des ensembles tels que l'Ensemble Intercontemporain, le Talea Ensemble, l'Orchestre national de France ou encore l'Orchestre philharmonique de Radio France. Son œuvre est parfois influencée par la musique classique, mais également par la musique électronique et pop.
En dehors de sa carrière de compositeur, Marc Delarue enseigne à l'École normale de musique Alfred Cortot à Paris où il dirige les ateliers d'improvisation et de création pour flûte et ensemble instruments modernes. Il est également membre du collectif de compositeurs "Musiques & Co".