Hizo estudios de composición con Hans J. Koelreutter y Camargo Guarnieri. Posteriormente, con Ginastera, Messiaen, Malipiero, Copland y Dallapiccola en el Centro Latinoamericano de Altos Estudios Musicales del Instituto Torcuato Di Tella de Buenos Aires, Más tarde trabajó con Alexander Goehr y Gunther Schuller en Tanglewood (1969) y tomó clases en el Centro de Música Electrónica Columbia-Princeton de Nueva York
En el plano internacional, ha recibido numerosos premios, participado en incontables festivales y compuesto obras por encargo. Como pianista y director de orquesta ha desplegado gran actividad, presentándose con orquestas como la Suisse Romande, Philharmonique de la ORTF, Paris; Collegium Academicum, Ginebra; Royal Philharmonic de Londres y otras en España, Portugal, México, Venezuela, Perú, Uruguay, Guatemala y otros países.
Fue Director Musical de Radio MEC y de la Orquesta Sinfónica Nacional de Brasil, primer director del Instituto de Música Funarte; Presidente del Consejo Internacional de Música de la UNESCO y fue también presidente de la Academia de Música Brasileña. En la actualidad es coordinador de los programas de música contemporánea de la Radio MEC, presidente del Comité Nacional de Música de la UNESCO.
Marlos Nobre ha recibido importantes condecoraciones: Medalla de Oro al Mérito Cultural de Pernambuco, Gran Oficial de la Orden al Mérito de Brasilia, Oficial de la Orden de Río Branco del Ministerio de Relaciones Exteriores del Brasil, Oficial de la Orden de Artes y Letras de Francia, Medalla de Oro de la Fundación Joaquim
Nabuco de Pernambuco, Trofeo Cultural de la Ciudad
de Recife
Durante su viaje a Roma en 1997, se reunió con el compositor mexicano Manuel de Elías, quien lo puso al tanto del proyecto de creación del Colegio de Compositores Latinoamericanos de Música de Arte, al que se integró en seguida, convirtiéndose a su fundación en Miembro de Número. Actualmente es Pro-Secretario de este Cuerpo Colegiado.
Fué compositor residente en la Brahms Haus en Baden-Baden,Alemania; en New York con la Guggenheim Fellowship; en Berlin con la Deutscher Akademischer Austauschdfienst (DAAD).
Ha actuado como profesor de composición en la Universidad de Indiana, Arizona, Oklahoma y en la Yale University, además de las Universidades de Georgia e Texas Christian University,U.S.A.
Ha recibido las más altas calificaciones concedidas por la Texas Christian University, USA, la 'Cecil and Ida Green Honors Professor'; y por la Indiana University, USA ha recibido la 'Thomas Hart Benton Medallion'. De la Universidade de Artes de Cuba, ha recibido el 'Diploma de Honor'.
Ha recibido inúmeros encargos, destacando la Compañia Brasileña de Ballet de Rio de Janeiro; el Instituto Goethe de Munich, Alemania; la Guitar Society de Toronto, Canada; la Orquesta Sinfónica Brasileña; Corpuzulia de Venezuela para el Bicentenário de Simón Bolívar; la Radio Suisse Romande, Suiza; GHA Records de Belgica; Fundación Maristas de Brasil; Fundación Apollon de Bremen, Alemania; Festival Internacional de Campos do Jordão, São Paulo.
Ha sido miembro de inúmeros jurados internacionales de composición, destacando los de Reine Marie-José Prize, Genève, Suiza; Festivales de la SIMC Sociedade Internacional de Música Contemporánea; Concurso Internacional de Guitarra Radio France, Paris; Premio Simón Bolivar, Caracas, Venezuela; Concurso Internacional de Piano de Santander, España; Arthur Rubinstein Piano Master Competition, Israel; premio Cità de Alessandria, Italia; Concurso Internacional Alberto Ginastera, Buenos Aires y España.
De entre sus más 130 obras se destacan: Ukrinmakrinkrin para soprano, instrumentos de viento y piano; Divertimento para piano y orquestra; Variaciones rítmicas para piano y percusión, Convergencias para orquesta, Concierto breve para piano y orquesta, Biosfera para orquesta de cuerdas,Mosaico para Orquesta; In Memoriam para orquesta; Rhythmetron para ensemble de percusión; Concerto Breve para piano y orquesta; Sonancias III para dos pianos y dos percusionistas, Passacaglia para orquesta, Canto a Garcia Lorca para soprano y octeto de cellos, Concierto para percusión y orquesta, Concertante do Imaginário para piano y orquesta, Amazónia Ignota para barítono, 4 flautas, piano y percusión, Sonata sobre tema de Bartok para piano, Sonata Breve para piano, Kabbalah para orquesta; Movimentos Sinfónicos para Orquesta; Concierto nº 2 para percusión y Orquesta; Concierto nº 3 para percusión y Orquesta; Concierto para Orquesta; Sacre du Sacre para Orquesta; Nonetto para flauta,clatineta, corno,piano,violin,contrabajo, timpani, percusión I e II; Toccata I para piano; Toccata II para piano.
Gran parte de su obra está editada en discos CDs por la Lemán Classics; Channel Classics; Dorian; Delos; EMI y MNE-Marlos Nobre Edition.
En 2005 fué el vencedor del Prémio Tomás Luís de Victoria.