Depuis sa sortie de l’École Nationale de théâtre du Canada en 2010, Marilyn Castonguay construit une belle carrière au théâtre. On a pu la voir dans Testament (Éric Jean), Le Joker (Éric Jean), Le déclin de l'empire américain (Patrice Dubois), ainsi que dans Glen Garry Glen Ross (Brigitte Poupart). En 2020, elle porte seule sur scène Les filles et les garçons, un texte Dennis Kelly traduit par Fanny Britt, à La Licorne.
À la télévision, Marilyn joue dans Au secours de Béatrice, dans 19-2, dans la série Vertige, dans les émissions jeunesse, 1, 2, 3... Géant!. Salmigondis, Alix et les merveilleux, ainsi que dans Plan B et Fatale Station. Elle fait également partie de la distribution de la série l'Échappée. De plus, à l’hiver 2020, elle incarnera Huguette dans la nouvelle série C'est comme ça que je t'aime des mêmes créateurs que Série Noire et Les Invincibles.
Au grand écran, on a vu Marilyn dans L'affaire Dumont (Podz), Louis Cyr (Daniel Roby), L’Ange-Gardien et dans Miraculum (Podz). Elle était également de la distribution de Ça sent la coupe (Patrice Sauvé) aux côtés de Louis-José Houde, de Mon boy, un court-métrage de Sarah Pellerin et du court-métrage Foyer, une réalisation de Sophie B. Jacques. Récemment, elle décroche un rôle dans Mathias et Maxime (Xavier Dolan) et fait partie de Jusqu’au déclin, le premier long métrage québécois de Netflix.