На місці нинішнього міста знаходилося старовинне запорозьке займище. У 1704 році по обох сторонах Гнилуши було кілька зимівників і хуторів січового запорізького козацтва.
Засноване як село в 40-х рр. XIX ст. переселеними сюди селянами Полтавської і Харківської губерній. До 1859 року тут було 220 дворів, проживало 1316 чоловік. У 1869 році відкрита церковноприходська школа, у 1896 — земське училище. Напередодні першої світової війни в селі нараховувалося 524 двори.
На початку 1930-х рр. проведена колективізація сільського господарства, в 1932 р. створена машинно-тракторна станція. У 1928 р. в село переведений Пирятинський педтехнікум. У 1938 р. Мар’їнка віднесена до категорії селищ міського типу. До 1941 р. тут були завершені електрифікація і радіофікація, працювали дві загальноосвітні школи, клуб, бібліотека.
У роки після німецько-радянської війни побудований ряд промислових підприємств, споруджено водосховище. Педтехнікум переведений у Костянтинівку. У 1977 р. селище отримало статус міста.
Російсько-українська війна
За Мар’їнку було два бої. Перший — в 2014, другий — у червні і надалі 2015 року.
26 січня 2015 року увечері на одному з блокпостів під містом вибухнув автомобіль зі смертником, 1 солдат загинув, 2 важкопоранені — з 28-ї гвардійської мехбригади.
На початку червня 2015 року біля Мар’їнки відбувся бій. За оцінками журналіста BBC News, зіткнення стало наймасштабнішим з моменту підписання домовленостей Мінськ-2 в лютому 2015 року. Спочатку проросійські терористи захопили частину міста, однак українські війська їх вибили.
В ході повномасштабного вторгення Росії 2022 року Збройні Сили РФ захопили Мар’їнку 22 березня. 20 квітня ЗСУ відкинули противника з міста та повернули фронт бойових дій в стан до 24 лютого. Фактично весь цей час у Мар’їнці тривали бої.
