Marisa Tomei sort de l'Université de Boston, un diplôme d'art dramatique en poche, pour atterrir dans la série télé Campus show (1983-1985), en camarade de chambre de Lisa Bonet. Consacrée très tôt dans sa carrière par l'Oscar de la Meilleure actrice dans un second rôle pour son interprétation de Mona Lisa Vito dans Mon cousin Vinny en 1992, elle fait ses débuts au cinéma dans la comédie dramatique Le Kid de la plage en 1984. Plus tard, elle prouve ses talents comiques dans Oscar, en interprétant la fille de Sylvester Stallone, avant de camper Mabel Normand, une actrice de films muets, dans Chaplin de Richard Attenborough. En 1993, sa performance de serveuse transie d'amour pour Christian Slater dans Pluie de roses lui apporte une fois de plus les faveurs des critiques.Par la suite, elle est tour à tour l'épouse de Michael Keaton dans la comédie dramatique Le Journal (1994), la mère pleine de sagesse de Décroche les étoiles (1996) et la jeune femme malheureuse en amour de Ce que veulent les femmes (2001). En 2000, Marisa Tomei change de registre en incarnant la psychologue traquée par Keanu Reeves dans le thriller The Watcher, avant de revenir à un rôle de jeune mère divorcée dans In the bedroom, une interprétation grace à laquelle elle est de nouveau nominée pour l'Oscar du Meilleur second rôle en 2002. A l'aise dans les films au ton léger, elle succombe au charme d'Adam Sandler dans la comédie Self control (2003) pour ensuite intégrer le harem de l'Irrésistible Alfie, alias Jude Law, en 2004.