Марсело — воспитанник клуба «Универсидад де Чили». За этот клуб он играл 7 лет, выиграв за это время 6 трофеев (5 командных и 1 индивидуальный), проведя в его составе 205 матчей и забив 10 мячей. В 2010 году Диаса отдавали в аренду в «Депортес Ла-Серена».
В 2012 году его подписал швейцарский «Базель». Контракт чилийца с «красно-синими» был рассчитан на 4 года с возможностью продления. Зимой 2015 года Диас перешёл в «Гамбург»[3]. 1 июня, в гостевом матче против «Карслруэ», он забил мяч в компенсированное время второго тайма, спасший «Гамбург» от первого в истории вылета из Бундеслиги[4].
15 января 2016 года Диас перешёл в испанский клуба «Сельта»[5].
В сборной
С 2011 года Диас призывается в сборную Чили. В 2014 году в её составе он принял участие на чемпионате мира в Бразилии. В 2015 году Диас в составе сборной выиграл Кубок Америки. Он вышел в стартовом составе во всех шести матчах и попал в символическую сборную турнира[6].