42-aastane Marleau debüteeris NHL-is 1997. aastal San Jose Sharksi eest ning kuulus San Jose koosseisu kuni 2017. aastani, mil siirdus kaheks hooajaks Toronto Maple Leafsi. 2019. aastal naasis ta San Josesse, kuid liitus järgmisel hooajal Pittsburgh Penguinsiga. Aasta hiljem naasis ta uuesti San Josesse.

Viimati käis Marleau jääl eelmisel hooajal, sest tänavuseks hooajaks ükski klubi talle lepingut ei pakkunud. "See oli palju raskem, kui ma arvasin, et see saab olema. Ma olen seda mängu mänginud peaaegu kogu oma elu ja ma armastan seda," rääkis Marleau.

Kolmel korral NHL-i tähtede mängule valitud Marleaule kuuluvad mitmed San Jose Sharksi klubi rekordid, näiteks kõige enam väravaid, punkte ja mängitud mänge. Muuhulgas on Marleau ka NHL-i ajaloos kõige enam põhiturniiri kohtumisi pidanud mängumees (1779 kohtumist).

Kuigi Marleau ei võitnud oma karjääri jooksul Stanley karikat, pälvis ta Kanada rahvuskoondisega kaks olümpiakulda (2010 ja 2014) ja ühe MM-tiitli (2003).