Sans doute la plus grande skieuse française de tous les temps avec un palmarès unique. Championne olympique du géant en 1964 et du slalom en 1968 (2eme du slalom en 1964). Avec sa soeur aînée Christine, elle a marqué les Jeux de 1964 d'Innsbrück avec un doublé Christine- Marielle Goitschel en slalom, puis un autre doublé Marielle- Christine Goitschel en géant. Elle a remporté pas moins de 11 médailles mondiales qui la situe au 2eme rang des skieuses les plus médaillées derrière l'Allemande Christl Haas qui compte 15 médailles. Championne du monde du combiné en 1962 (à seulement 16 ans, un record de jeunesse), 1964 et 1966 (2eme en 1968), de descente en 1966 (après la disqualification de l'Autrichien Schinegger survenue qu'en 1996), de slalom en 1968 (2eme en 1962, 1964 et 1966) et de géant en 1964 et 1966 (4eme en 1962).

Victorieuse de la Coupe du Monde de slalom en 1967 et 1968 et de descente en 1967 (2eme au classement général en 1967, 4eme en 1968). 7 victoires (2 descentes et 5 slaloms) et 16 podiums en Coupe du Monde. Elle a arrêté sa carrière à seulement 23 ans. Dans les années 1970, Marielle et sa soeur Christine ont lancé la station française de Val Thorens. Depuis 2009, elle vit en Corse où elle a été élue dans le conseil municipal de Grosseto. Son neveu est Philippe Goitschel , ancien champion de ski de vitesse.