Народився в Києві в багатодітній єврейській сім'ї (семеро дітей) скромного достатку. Батько торгував лісом, а після бурхливих подій 1917 року змушений був покинути цей бізнес.
Незвичайні математичні здібності Марка проявились ще в юності. З чотирнадцяти років він систематично відвідував, як вільний слухач, лекції та семінари Бориса Делоне в Київському університеті. В 1922—1924 роках як вільний слухач відвідував лекції та семінари Дмитра Граве на фізико-математичному відділенні Київського інституту народної освіти.
У 1924 році під впливом «Моїх університетів» Максима Горького вирішив, що пора розпочинати свої «університети»: разом з товаришем виїхав до Одеси, де зустрівся з алгебраїстом Миколою Чеботарьовим, до якого мав рекомендаційного листа від Д. Граве. В той час М. Чеботарьов займався науково-дослідною роботою в Одеському інституту народної освіти. М. Чеботарьов разом із Самуїлом Шатуновським добились від відділу освіти спеціального дозволу для дев'ятнадцятирічного М. Крейна, котрий не мав диплома не те що про вищу, а навіть про середню освіту, на вступ до аспірантури. У 1926 році став аспірантом в Одеському інституті народної освіти під керівництвом М. Чеботарьова. По закінченні аспірантури у 1929 році представив сім наукових праць з алгебри, геометрії і теорії функцій.
Протягом 1933—1941 років працював в Одеському державному університеті, очолював кафедри теорії функцій, математичного аналізу. Одночасно був наковим співробітником Науково-дослідного інституту математики при Харківському університеті. У 1940—1941, 1944—1951 роках завідував відділом алгебри і функціонального аналізу Інституту математикиАкадемії Наук УРСР.
Науковий доробок охоплює різноманітні розділі алгебри, аналізу, теорії функцій, теорій ймовірностей, функціонального аналізу, теорії інтегральних рівнянь, математичної фізики і механіки. Серед основних напрямів творчості є теорія осциляційних ядер і матриць, проблема моментів, теорія наближень, геометрія функціональних просторів, теорія розширень напівобмежених операторів, теорія продовження ермітово-додатних функцій та гвинтових ліній, теорія цілих операторів та задача про струну, метод напрямних функціоналів, топологічні групи та однорідні простори, теорія стійкості рішень диференційних рівнянь, теорія операторів у просторі з індефінітною метрикою, обернені спектральні задачі, рівняння Вінера — Гопфа, метод визначників збурення та несамоспряжні оператори.
Підготував 19 докторів і 45 кандидатів фізико-математичних наук.
Автор близько 300 статей і 9 книжок, перекладених кількома мовами.
Деякі праці
Осцилляционные матрицы и ядра и малые колебания механических систем/ Ф. Р. Гантмахер, М. Г. Крейн. — М.-Л.: ГИТТЛ, 1950. — 360 с.
Введение в теорию линейных несамосопряженных операторов/ М. Г. Крейн, И. Ц. Гохберг. — М.: Наука, 1965. — 448 с.
Теория вольтерровых операторов в гильбертовом пространстве и ее приложения/ М. Г. Крейн, И. Ц. Гохберг. – М.: Наука 1967. — 508 с.
Устойчивость решений дифференциальных уравнений в банаховом пространстве/М. Г. Крейн, Ю. Л. Далецкий. — М.: Наука, 1970. — 536 с.
Проблема моментов Маркова и экстремальные задачи. Идеи и проблемы П. Л. Чебышева и А. А. Маркова и их дальнейшее развитие/ М. Г. Крейн, А. А. Нудельман. — М,: Наука, 1973. — 551 с.
Theory and Applications of Volterra Operators in Hilbert Space (Translations of Mathematical Monographs)/ C. Gohberg and M.G.Krein. — American Mathematical Society, 2004. — 430 р. ISBN 978-0821836279.
Марк Григорьевич Крейн: библиографический казатель/ сост. И. Э. Рикун. — Одесса: ОГНБ, 1990. — 72 с.
Професори Одеського (Новоросійського) університету: Біографічний словник. — Т. 3: К — П. — 2-у вид., доп./ Відп. ред. В. А. Сминтина. — Одеса: Астропринт, 2005. — С. 151—156.
Вчені вузів Одеси: Біобібліографічний довідник. Природничі науки. — Вип. ІІ. 1946—2010. — Ч. 2. Математики. Механіки/ Упорядник І. Е. Рікун. — Одеса: ОННБ, 2010. — С. 115—122.
Особисте листування М. Крейна: загальний огляд та інформативний потенціал/ Ю. В. Булгаков // Архіви України. — 2012. — № 6. — С. 100—106.
Особисте листування М. Г. Крейна у контексті збереження пам'яті про вченого / Ю. В. Булгаков // Національна пам'ять: соціокультурний та духовний виміри. Національна та історична пам'ять: Зб. наук. праць. — 2012. — Вип. 4. — С. 251—259.