Născut într-o familie de intelectuali, a fost influențat în alegerea muzicii de către tatăl său. A început studiul viorii la vârsta de nouă ani cu Franz Fischer, iar la unsprezece ani și-a arătat înclinația către domeniul compoziției. A urmat cursuri de armonie cu Dimitrie Cuclin (impresionate prin savantele considerații de ordin acustic, estetic și filozofic) şi a studiat contrapunctul cu Robert Cremer.

La îndemnul lui George Enescu a plecat la Paris pentru a-şi continua studiile la "Schola Cantorum" (1919 - 1925) unde s-a aflat sub atenta îndrumare a lui Vincent d`Indy (compoziţie, dirijat de orchestră), primind atunci eticheta de "d`indyste dissident".

A fost membru fondator al Societății compozitorilor români din București (1920), al "École de Paris" (1928) care a reunit compozitori străini stabiliţi la Paris, precum Bohuslav Martinu, Tibor Harsanyi, Aleksandr Cerepnin etc. şi al Societății de muzică contemporană "Triton" din Paris (1932), alături de Darius Milhaud, Jacques Ibert, Octave Ferroud, Arthur Honnegger, Serghei Prokofiev, ş.a. A fost profesor de morfologie muzicală la "Schola Cantorum" (1959-1962). A făcut parte din juriile unor concursuri internaţionale, a susţinut conferinţe, comunicări, a realizat emisiuni de radio şi televiziune.

A fost distins cu Menţiunea onorifică (1919), premiul II (1920) şi Premiul I de compoziţie "George Enescu (1925); Premiul Ludwig Spohr din Brunswick (1955) ; Premiul Fundaţiei "Copley" din Chicago éde muzică (SACEM) din Paris (1966); Grand Prix Ville de Paris (1972).

A fost căsătorit cu pianista franceză Monique Haas; de asemenea, a fost prieten apropiat poetului Samuel Beckett, pe ale cărui versuri a compus.

S-a manifestat în mod predilect în genul spectacolului muzical (baletul cântat "Une vie de Polichinelle"(1929); baletele "Le Postillion du Roi" (1924), "Divertimento"(1925), Karaguez (1926); "Thésée au Labyrinthe"(1956),"Alternamenti" (1957) etc ; operele "L'Intransigeant Pluton"(1928), "Phédre" (1949), "Die Haimkehr" /"Întoarcerea" (1954-1955); "Krapp"(1960), "Les Jumeaux"/ "Gemenii"(1962), în cel al muzicii simfonice şi concertante ("Introducere şi mişcare simfonică" (1923), Fantezie pentru orchestră mare (1927), Cortegiul divinităţilor infernale (1928), Chindia (1929), Concert pentru vioară şi orchestră (1930), Divertisment (1934), Capriciu românesc (1936), Toccata pentru pian şi orchestră (1938), Symphonies pour le temps présent" (1944), Sinfonia giocosa(1951), Rapsodia concertantă în stil popular românesc (1951), Sinfonia partita (1952), Sinfonia variata (1960), Muzică nocturnă pentru clarinet (1963), Pretexte pentru oboi, clarinet bas și orchestră de cameră (1968 etc.) şi în genul cameral (cvartete de coarde, sonate pentru vioară şi pian, sonate şi miniaturi pentru diverse instrumente).

A scris, de asemenea, muzică vocală, corală, vocal-simfonică şi de film.

Stilul lui Marcel Mihalovici a fost puternic marcat de inovațiile limbajului secolului XX. În lucrările sale se poate observa că prețuia disonanța, liniie polifonice încărcate, planurile contrastante, suprapunerile, culorile stridente și sonoritățile incisive, formând împreună un limbaj componistc evoluat, de factură universală, peste care se suprapune evocarea unui "folclor imaginar", în contextul unei permanente "întoarceri la origini", care i-a asigurat lui Marcel Mihalovici un loc important în rândul creatorilor reprezentativi ai culturii muzicale româneşti.