В 14 лет Марина Петренко дебютировала в скандальном фильме Юрия Ильенко «Молитва за гетмана Мазепу». На Берлинском кинофестивале этот фильм был признан «фильмом для секс-меньшинств» и «фильмом, разжигающим межнациональную рознь». Министерство Культуры не рекомендовало скандальную картину к прокату на территории РФ.

В 2008 году окончила Киевский международный университет, а за год до этого была зачислена на курс Романа Козака и Дмитрия Брусникина в Школу-студию МХАТ.