Hij maakte zich reeds vroeg een algemene ontwikkeling eigen. Verder hield hij zich bezig met de veredeling van bomen, boekbinden, tekenen, houtsnijden en boetseren. In Siena studeerde hij astronomie, wiskunde, architectuur en archeologie. Clemens VII droeg hem en zijn geleerde vader op een werk over de kalender hervorming te schrijven. Later werd Cervini huisgenoot van kardinaal Alessandro Farnese, de latere Paulus III en leidde hij de opvoeding van de toekomstige kardinaal-nepoot Alessandro. Hij diende voortaan beiden als secretaris. Als een van de ernstigste en integerste priesters kreeg hij al spoedig invloed in het Vaticaan. In 1539 verhief de paus hem tot kardinaal van de Santa Croce in Gerusalemme, een daad die door de hervormingsgezinde partij werd toegejuicht.De verschillende bisdommen die hem toebedeeld waren, liet hij uitstekend besturen. In 1545 werd hij tot legaat bij het concilie van Trente benoemd. Niettegenstaande het groot aantal ambten dat hij bekleedde, vergat hij nooit dat hij geleerde was. in Deze hoedanigheid heeft hij grote diensten bewezen aan de bibliotheek van het Vaticaan. Michelangelo waardeerde zijn uitgebreide kennis op het gebied van de architectuur. Talrijke onderzoekers kregen zijn steun, van de commentator van Homerus tot de auteur van een werk over vissen toe.

Bij zijn kroning ontzegde hij zich iedere feestelijkheid en zijn hof werd weer bescheiden als ten tijde van Hadrianus VI. Hij had Paulus III en Julius III hun nepotisme verweten en verbood nu zijn familieleden ook maar een voet te Rome te zetten. De weinige dagen van het pontificaat van deze idealistische paus waren gewijd aan de hervorming en de gerechtigheid. Toen hij stierf sprak de beroemde historicus Onofrio Panvini het mooie woord van Vergilius: ‘ het lot wilde hem slechts tonen’. En op zijn graf schreef de dichter Faustus Sabaeus: ‘ niet het graf eert de as, maar de as eert het graf’. Marcellus naam leeft ook voort in de muziek, want Palestrina schreef zijn beroemdste werk, de ‘Missa Papae Marcelli’, ter nagedachtenis aan deze vrome paus. Een zuster van de paus werd de moeder van H. Roberto Bellarmino. Het portret van kardinaal Cervini, een meesterwerk van Francesco Salviati, hangt in de Galleria Borghese in Rome.