Marie Vialle suit les cours de l'école de la rue Blanche-Ensatt avec Redjep Mitrovitsa, Jacques Kraemer et Aurélien Recoing de 1992 à 1994.

De 1994 à 1997, elle poursuit sa formation au Conservatoire national supérieur d'art dramatique de Paris avec comme professeurs Daniel Mesguich, Philippe Adrien et Jacques Nichet.

Au théâtre, elle joue notamment sous la direction de Jean-Michel Rabeux dans Feu l'Amour, trois pièces de Feydeau ; de Jean-Louis Benoît dans Ruzzante, retour de guerre, Bilora et Henri V de Shakespeare ; de Guillemette Grobon dans Mourad le désiré ; de David Lescot dans l'Association ; de Jean-Louis Martinelli dans Le Deuil sied à électre d'Eugène O'Neill ; de Renaud Cojo dans Phaedra's Love de Sarah Kane (Théâtre de la Bastille, 2000) ; de Jacques Nichet dans Casimir et Caroline de Ödon Horväth ; de Philippe Adrien dans Victor ou les enfants au pouvoir de Roger Vitrac ; de Julie Brochen dans Penthésilée de Heinrich von Kleist et de Jean-Luc Boutté dans Lucrèce Borgia de Victor Hugo ; de Gilles Cohen dans La Baignoire et les deux chaises en janvier et février 2005.

Au cinéma, elle joue, entre autre, dans Avant l'oubli d'Augustin Burger ; dans La Parenthèse enchantée de Michel Spinosa ; dans Julie est amoureuse de Vincent Dietschy ; dans Le Cri de Tarzan de Thomas Bardinet

Marie Vialle pratique également le violoncelle et le chant.

En 2005 et 2006, Marie Vialle met en scène deux textes de Pascal Quignard : Le nom sur le bout de la langue (créé en 2005 au Théâtre de la Bastille) et Triomphe du temps (créé en 2006 aux Subsistances) que l’auteur écrira suite à sa rencontre avec la jeune metteur en scène.
En 2008, elle joue dans La Seconde surprise de l’amour, sous la direction de Luc Bondy , ainsi qu’au cinéma dans Les inséparables de Christine Dory avec Guillaume Depardieu.