Au pensionnat, à l'imitation de camarades d'ascendance aristocratique, il obtient pour présent de ses parents, qui vendent leurs alliances pour la lui payer, une chevalière armoriée. C'est également au collège de Juilly que l'un de ses professeurs, père oratorien, lui révèle sa vocation de comédien. Afin de tester ses aptitudes, le Père Louis Bouyer lui propose de mettre en scène des pièces de théâtre, invitant Julien Green et Marcel Jouhandeau aux représentations. Ces deux derniers écrivains confirment le potentiel de Philippe Noiret pour le métier de comédien.

En 1949, ayant échoué trois fois au baccalauréat, il abandonne ses études et s'inscrit aux cours d'art dramatique de Roger Blin à Paris, à l'association de l'Éducation par le jeu dramatique (EPJD), fondée par Jean-Marie Conty. Puis il se forme au Centre dramatique de l'Ouest, où il rencontre Jean-Pierre Darras

En 1970, à l'Olympia, toujours en compagnie de ses danseuses et choristes, il s'entoure de cascadeurs et utilise des écrans géants pour certaines mises en scène. Le succès est tel que le spectacle dure cent jours. Il incarne alors le jeune chanteur dynamique, souriant et léger, au répertoire à la fois scénique et populaire. Il prépare une comédie musicale et pour cette raison décline les offres d'un producteur américain et de la BBC.

En 1971, il enregistre L'amour ça fait passer le temps, qui devient un tube, avec un million d'exemplaires vendus. S'ensuivent, dans un succès plus modéré, Monsieur, et Benjamin le bienheureux, écrit par Eric Charden.

En 1974, il est l'animateur de l'émission dominicale Toutankhamont. En 1975, il crée sa comédie musicale Pourquoi tu chanterais pas aux Bouffes Parisiens à Paris, mais celle-ci ne rencontre pas le succès. Dans le creux de la vague, son ami Georges Brassens lui donne Le chapeau de Mireille, qui devient un classique.

Il participe à de très nombreuses émissions de variétés dans les années 1960 et 1970, notamment celles de Maritie et Gilbert Carpentier.

Il se fait plus rare médiatiquement dans les années 1980, malgré des chansons signées Julien Clerc, Alain Souchon ou Maxime Leforestier, mais il se produit en tournée dans le monde entier, notamment au Japon, en Russie, à San Francisco ou à Rome. La nostalgie aidant, il réapparaît en France dans les années 1990, notamment grâce au duo humoristique Les Vamps qui parlent beaucoup de lui et de son tube Bleu blanc blond. Il revient à l'Olympia en 1989, sort un livre et un album en béarnais.

Il continue à se produire sur scène durant la décennie, mais on le voit encore plus souvent depuis les années 2000. Ainsi, en 2006, il revient avec un nouvel album Décalage horaire, signant des duos avec Agnès Jaoui, Gérard Darmon, Didier Lockwood, Biréli Lagrène.

En 2007, il retrouve l'Olympia, 50 ans après son premier passage, et participe l'année suivante à l'album pour enfants de Guillaume Aldebert, intitulé Enfantillages, qu'il rejoint à l'Olympia.

Pendant deux ans, il est l'une des têtes d'affiche de la tournée Âge tendre, la tournée des idoles pour les saisons 3 et 4, entre 2008 et 2010, notamment en compagnie de l'autre reine du music-hall, son amie Annie Cordy. En octobre 2009, il a fêté ses 80 ans par une série de récitals à la Grande Comédie à Paris.

En 2010, il participe à l'album pour enfants Les Larmes de crocodile d'Emma Daumas, écrivant plusieurs textes et chantant un duo avec elle, sur des musiques de son fils Mathias Miramon.

En 2012, après la publication d'un livre de souvenirs intitulé Sur le boulevard du temps qui passe, il publie Il a neigé, un livre illustré des photos venues surtout de ses albums personnels. Il effectue sa rentrée parisienne à l'Alhambra le 25 novembre pour fêter ses plus de 60 ans de carrière. Il propose un spectacle vivant, d'une modernité surprenante, entre le stand-up et le tour de chant, dans un alliage de succès connus du grand public, de petits chefs-d'œuvre scéniques et de titres plus récents, qui ravissent son fidèle public et une nouvelle génération de spectateurs.

En 2013, sa chanson Il a le maillot jaune figure dans la bande originale du film La Grande Boucle réalisé par Laurent Tuel. La même année, il participe au clip Parce que la nuit, une chanson du collectif Les Marguerites contre Alzheimer, destinée à lutter contre la maladie.

En janvier 2014, Marianne Melodie/Universal Music sort un double CD Anthologie (succès de 1959 à 1975).

Fin 2017 paraît son 8e livre "A l'ombre de La Fontaine", préfacé par François Morel et André Bercoff (éd. Académie Alphonse Allais)

En 2018, il lance un nouveau spectacle, Marcel raconte et chante Amont, qui mélange stand-up et tour de chant, dans lequel il se confie sur sa vie (mise en scène Eric Théobald, pianiste Léandro Aconcha). Il s'installe d'octobre 2018 à avril 2019 à L'Alhambra de Paris tous les dimanches.

Le 12 octobre 2018, il sort un nouvel album, Par-dessus l'épaule, où il reprend ses succès avec certains de ses auteurs, dont Charles Aznavour, qui signe son dernier enregistrement, mais également Alain Souchon, Maxime Leforestier, Aldebert, Françis Cabrel, François Morel, Igit, et son fils Mathias.

Le 2 avril 2019, il fête ses 90 ans lors d'un concert exceptionnel à l'Alhambra en compagnie d'une vingtaine d'invités, dont Maxime Leforestier, Serge Lama, Laurent Baffie, Gérard Lenorman, Nicoletta, Bernard Montiel, Gérard Darmon, Michel Jonasz, Igit, Christophe, Ivan Levaï, François Morel, Alex Vizorek, Raphaël Mezrahi, Michèle Torr, Georges Chelon, André Bercoff. Sortie DVD de ce spectacle.

Octobre 2019, diffusion sur Planète+ et mycanal du documentaire « Pourquoi nous détestent-ils ? Nous les vieux » (Production Caméra Subjective).

Le 20 février 2020, il est Président du jury du 10ème Prix Georges Moustaki.

En 2020, tournée avec son spectacle « Marcel raconte et chante Amont » (productions Pierre-Nicolas Cléré - Artcoscène).