Iniciou a carreira em 1999, como modelo, morando até 2004 na China e realizando trabalhos em toda Ásia.[2]
Em 2006 faz sua estreia como ator de televisão na décima terceira temporada de Malhação, da TV Globo, interpretando Siri, um rapaz apaixonado por bicicross.[3][4] Pela boa recepção do público sobre a história do pai adolescente, o personagem ficou até a temporada seguinte, sendo dispensado pela emissora no final de 2007.
Em 2008 assina contrato com a Rede Record para integrar o elenco da segunda temporada da novela Os Mutantes, interpretando o co-protagonista Valente, um rapaz que teve a memória apagada e se torna a chave do mistério do Arquivo Ômega.[5][6] Em 2009 o ator continuou na terceira e última temporada da trilogia, intitulada Mutantes: Promessas de Amor, no qual teve a missão de proteger os bebês escolhidos para restaurar o equilíbrio universal que foram trazidos do futuro e na verdade são seus pais.[7][8]
Em 2010 protagonizou a minissérie A História de Ester, interpretando o Rei Assuero.[9][10] Em 2011 interpretou Lucas na novela Vidas em Jogo.[11] Em 2013 integrou no elenco da novela Pecado Mortal interpretando Ramiro, um aspirante a bandido que tem o sonho de ser um grande mestre do crime.[12][13] Em 2014 viveu o antagonista Paulão na novela Vitória, personagem neonazista que comete diversos crimes de ódio na trama.[14] Em fevereiro de 2015, seu contrato com a TV Record não é renovado e seu personagem acaba morto algumas semanas antes do fim da novela para cumprir o prazo de dispensa.[15] Pelo personagem foi indicado pela primeira vez ao Prêmio Contigo! de TV como Melhor Ator Coadjuvante.[16]
Em 2004 iniciou o curso de odontologia pela PUC-Rio, o qual cursou por três anos antes de largar para se dedicar exclusivamente à carreira de ator. Em 2005 realizou o curso de atuação na Oficina de Atores da Globo.[24]
Em junho de 2023, Pitombo afirmou, por meio de sua assessoria de imprensa, manter um relacionamento com o diretor de marketing Iasser Hamer Kaddourah.[26]
Para o jornal O Globo, o ator disse que assumir a relação homoafetiva trouxe, para ele, uma sensação de alívio. A suspeita do público quanto ao namoro do artista com o diretor de marketing aconteceu quando, em seu aniversario, Marcos repostou uma publicação que recebeu de parabéns, feita pelo namorado.[27]
“
Aos 41 anos, passei a me permitir viver pequenas situações do dia a dia como todo mundo faz. E naturalizar o afeto e o amor. (...) Esse momento out acaba sendo idealizado e temido por qualquer pessoa LGBT. No meu caso, foi inesperado, mas ao mesmo tempo foi num ótimo momento. Uma declaração bonita no contexto de felicitação. Estou aliviado, leve e fortalecido.
”
— Marcos Pitombo em entrevista para o jornal O Globo.[27]
Controvérsias
Expulsão de voo
Em novembro de 2011, enquanto voltava de Manaus para o Rio de Janeiro, durante uma escala em Belo Horizonte, Marcos foi expulso do avião pelos agentes da Polícia Federal, após uma aeromoça notificar que ele se recusou a desligar o celular durante a viagem.[28][29]
Acusação de agressão
Em setembro de 2013, a atriz Valentina Seabra abriu um boletim de ocorrência contra o ator, alegando ter sido agredida por ele com um soco na boca durante uma noite do Rock in Rio V, além de realizar um exame de corpo de delito no Instituto Médico Legal.[30][31][32][33]
