Swoją karierę polityczną rozpoczął w 1990 r., zostając doradcą i konsultantem w Ministerstwie Finansów, a następnie Ministerstwie Przekształceń Własnościowych i Centralnym Urzędzie Planowania. W 1996 r. powołany na stanowisko konsultanta Banku Światowego. W latach 1994-1996, był wiceprzewodniczącym Rady Strategii Społeczno-Gospodarczej przy Radzie Ministrów, a następnie doradcą ekonomicznym Prezydenta RP. W lutym 1997 r. został powołany w miejsce Grzegorza Kołodki na wicepremiera i ministra finansów w rządzie Włodzimierza Cimoszewicza. Dał się wówczas poznać jako zwolennik polityki twardego pieniądza i zrównoważonego budżetu. Funkcje sprawował do października 1997 r. Po przegranych przez SLD wyborach do parlamentu ustąpił z urzędu wraz z całym rządem. W październiku 2001 r. został ponownie powołany na stanowiska wicepremiera i ministra finansów, tym razem w rządzie Leszka Millera. Stanowisko opuścił w lipcu 2002 r. Od czerwca do października 2003 r. był szefem koalicyjnej Rady Koordynacji Międzynarodowej w Iraku, która była odpowiedzialna za stworzenie tymczasowego rządu w Iraku. Od listopada 2003 r. do kwietnia 2004 r. był dyrektorem ds. polityki gospodarczej w Tymczasowych Władzach Koalicyjnych w Iraku. Był odpowiedzialny za reformę walutową, stworzenie od podstaw nowego systemu bankowego i ogólny nadzór nad gospodarką Iraku. W kwietniu 2004 r. został zgłoszony jako prezydencki kandydat na następcę premiera Leszka Millera. 2 maja 2004 r. został desygnowany i oficjalnie powołany na stanowisko premiera RP oraz przewodniczącego Komitetu Integracji Europejskiej przez prezydenta Aleksandra Kwaśniewskiego i zaprzysiężony wraz ze swoim gabinetem. 24 czerwca Sejm udzielił mu wotum zaufania. 25 kwietnia 2005 r. w wyniku dymisji ministra środowiska Jerzego Swatonia, Belka przejął jego obowiązki zostając p.o. ministra środowiska. 6 maja 2005 roku wraz z gabinetem podał się do dymisji. Prezydent Aleksander Kwaśniewski dymisji nie przyjął. 1 września 2005 r. Marek Belka został ministrem sportu.

Wiosną Belka deklarował gotowość do przystąpienia do nowej inicjatywy politycznej - Partii Demokratycznej. W sierpniu 2005 r. poparł kandydaturę Henryki Bochniarz, a sam otwierał listę demokratów.pl w wyborach do Sejmu w okręgu łódzkim. Do demokratów.pl jednak nie przystąpił, a Partia Demokratyczna nie zdobyła wystarczającej liczby głosów, aby dostać się do Sejmu. Pełnił obowiązki premiera do czasu powołania nowej Rady Ministrów 31 października 2005 r.

W dniu 27 grudnia 2005 roku Marek Belka został mianowany na stanowisko sekretarza wykonawczego Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ (UNECE). Obowiązki szefa komisji Marek Belka objął z początkiem 2006 roku. Jesienią 2008 objął stanowisko dyrektora Departamentu Europejskiego Międzynarodowego Funduszu Walutowego.

Jest autorem ponad 100 publikacji naukowych, głównie na temat teorii pieniądza oraz polityki antyinflacyjnej w krajach rozwijających się.

Jest absolwentem Wydziału Ekonomiczno-Socjologicznego Uniwersytetu Łódzkiego W 1978 roku uzyskał stopień doktora, w 1986 r. - habilitację, a w 1994 roku - profesora nauk ekonomicznych