Medeea Marinescu a debutat la vârsta de 3 ani, în filmul Iarna bobocilor (1977) al regizorului Mircea Moldovan, dar a devenit bine cunoscută după interpretarea rolului principal, Mirabela, din filmul fantezie Maria Mirabela (1981) al lui Ion Popescu-Gopo și al Nataliei Bodiul. Concomitent cu interpretarea altor roluri, a început sa studieze pianul la Liceul de muzică George Enescu, dar până la urmă a ales teatrul si filmul. În 1996, a absolvit Academia de Teatru și Film București, la clasa profesorului Florin Zamfirescu. Medeea Marinescu este actriță a Teatrului Național București, unde a lucrat cu regizori precum Ion Cojar, Gelu Colceag, Yuri Krasovski, Felix Alexa, Ion Caramitru, Radu Afrim, Erwin Șimșensohn. A colaborat pentru diverse roluri cu Teatrul Casandra, Teatrul UNU, Teatrul Odeon, Teatrul Româno – American, Teatrul Act, ARCUB, Bristol Old Vic, Lincoln Center.
A jucat în mai multe filme: Iarna bobocilor (1977), Gustul și culoarea fericirii (1978), Proba de microfon (1980), Maria Mirabela (1981), Saltimbancii (1981), Un saltimbanc la Polul Nord (1982), Întoarcerea din iad (1983), Promisiuni (1985), O zi la București (1987), Zâmbet de Soare (1988), Domnișoara Christina (film TV, 1992), Je vous trouve très beau (2005), Weekend cu mama (2008), Donnant donnant (2010), Năpasta (2010).
A fost distinsă cu Premiul de interpretare la Festivalul de Film pentru Tineret Piatra Neamţ, pentru rolul Mirabela din filmul Maria Mirabela (1980), cu Premiul de interpretare ACIN, pentru rolul Oara din filmul Promisiuni (1986) și cu Ordinul Național Francez al Meritului în grad de Cavaler în anul 2016. În februarie 2004, Medeea Marinescu a primit Ordinul Meritul Cultural în grad de Cavaler, Categoria „Arta Spectacolului”, „în semn de apreciere a întregii activități și pentru dăruirea și talentul interpretativ pus în slujba artei scenice și a spectacolului”.
Medeea Marinescu recită poezii scrise de: