Nasce a Roma nel 1984 e si diploma all'Accademia Nazionale D'Arte Drammatica Silvio D'Amico nel 2009, con lo spettacolo Sogno di una notte d’estate per la regia di Carlo Cecchi. Nei successivi due anni dal diploma, il saggio di chiusura diventerà un vero e proprio spettacolo che girerà l’Italia per ben due stagioni teatrali. Proprio durante una replica di questo spettacolo, Marinelli viene notato e scelto per essere il coprotagonista nel film La solitudine dei numeri primi, diretto da Saverio Costanzo e tratto dall'omonimo romanzo di Paolo Giordano, che verrà presentato in concorso alla 67° Mostra Internazionale d'Arte Cinematografica di Venezia. Nel 2011 l’attore interpreta il ruolo di Roberta nella pellicola fantascientifica L’ultimo terrestre, diretta da GIPI e in concorso al Festival del Cinema di Venezia. Successivamente prende parte al lungometraggio Waves, diretto da Corrado Maria Sassi, e a Nina, film diretto da Elisa Fuksas. Sempre nello stesso anno, è nel cast internazionale del film-tv Maria di Nazareth diretto da Giacomo Campiotti.

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È nel 2012 che, diretto da Paolo Virzì, per il suo ruolo nel film Tutti i santi giorni, riceve la sua prima candidatura come miglior attore protagonista ai David di Donatello. Lo stesso anno prende parte al film premiato agli Oscar La grande bellezza di Paolo Sorrentino. Nel 2013, all’interno della cornice del Festival del cinema di Berlino, riceve dall'European Film Promotion lo Shooting Star Award, premio destinato ai dieci migliori talenti del cinema europeo.

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Nello stesso anno, è co-protagonista nell’opera prima di Alessandro Lunardelli, Il mondo fino in fondo, presentata al Festival del cinema di Roma. È del 2014 la sua interpretazione all’interno della pellicola Lo chiamavano Jeeg Robot, diretta da Gabriele Mainetti, che gli varrà importanti premi e riconoscimenti come il Ciak d’oro, il Nastro d’argento ed il David di Donatello come miglior attore non protagonista. Il suo percorso televisivo prosegue nel 2014 con A dangerous fortune, film TV per il mercato tedesco diretto da Christian Schwochow. Nel 2015 è co-protagonista nel film Non essere cattivo del regista Claudio Caligari, che verrà presentato fuori concorso alla 72° mostra del Cinema di Venezia e che gli varrà la seconda nomination ai David di Donatello.

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Nel 2015 prende parte alla pellicola Slam-Tutto per una ragazza, diretta da Andrea Molaioli, e al film Lasciati andare, diretto da Francesco Amato per i quali si aggiudica il Ciak d’oro come miglior attore non protagonista. Nel 2016 è co-protagonista del film di Fabio Mollo Il padre d’Italia che lo fa arrivare in nomination al Globo d'oro e ai Nastri d’argento. Diretto dai fratelli Taviani è, poi, protagonista del film Una questione privata, tratto dall’omonimo romanzo di Beppe Fenoglio che gli vale il Globo d’oro come miglior attore. Nel 2017 Luca Marinelli si cimenta nella lettura dell’audiolibro Lamento di Portnoy per Emons audiolibri. Nel 2018 è coprotagonista nel film Ricordi, diretto da Valerio Mieli e presentato alle Giornate degli Autori di Venezia e interpreta Fabrizio de Andrè nella miniserie Fabrizio De Andrè – Principe libero, conquistando, così, un’ulteriore nomination ai David di Donatello. Per Marinelli iniziano, inoltre, le collaborazioni internazionali: prende parte alla serie TV Trust, diretta dal premio Oscar Danny Boyle e nel 2020 recita al fianco di Charlize Theron nell’action movie The Old Guard, diretto da Gina Prince-Bythewood.

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Nel 2019 l’attore è protagonista della pellicola Martin Eden, tratta dall’omonimo romanzo di Jack London e diretta da Pietro Marcello. Il film è presentato al 76° Festival del Cinema di Venezia, dove Luca Marinelli riceve la prestigiosa Coppa Volpi per la miglior interpretazione maschile e viene candidato agli EFA come miglior attore protagonista. Nel 2020, durante la 70° edizione della Berlinale fa parte della giuria internazionale presieduta da Jeremy Irons. Nel 2021 è Diabolik nell’omonimo film, diretto dai Manetti Bros. Nel 2022 è co-protagonista, assieme ad Alessandro Borghi, del film le Le otto montagne diretto da Felix Van Groeningen e Charlotte Vandermeersch tratto dall’omonimo romanzo di Paolo Cognetti, vincitore del premio strega nel 2018. Il film si è aggiudicato il premio della giuria al 75° Festival di Cannes, nonché il David di Donatello come miglior film. Inoltre, per lo stesso film, Luca Marinelli è vincitore del Nastro d'argento 2023 come Attore protagonista, dividendo il premio con Alessandro Borghi. Nel 2023 ritornerà nel sequel di The Old Guard diretto da Victoria Mahoney.Attualmente è impegnato nella produzione Sky Original M – Il figlio del secolo diretto da Joe Wright in cui interpreterà il personaggio di Benito Mussolini.

Nasce nel 1984 e cresce a Lipsia. Nel 2009 studia recitazione presso l'accademia d'arte "Ernst Busch" di Berlino. Nel 2012 viene invitato a un festival teatrale a San Pietroburgo dove scopre il suo interesse per le produzioni teatrali internazionali. In quel periodo incontra Luca Marinelli e nasce per la prima volta l'idea di interpretare il testo di Kafka Una relazione per un’accademia. Jung entra a far parte di un ensemble teatrale a Chemnitz, per poi lavorare in teatri come lo Schaubühne am Lehniner Platz, Staatstheater Saarbrücken, Schauspielhaus Hamburg, per citarne alcuni. Nel 2018 tiene un corso di teatro per gli studenti della scuola tedesca di Barranquilla in Colombia. Al suo rientro torna a lavorare con Luca Marinelli al testo di Kafka, per presentarlo alla 66ma edizione del Festival dei Due Mondi di Spoleto.