En 1957, Marilù Parolini quitte l'Italie pour vivre à Paris. Elle est secrétaire aux "Cahiers du cinéma" de 1960 à 1962. En 1961, elle apparaît dans le documentaire de cinéma-vérité "Chronique d'un été" d'Edgar Morin et Jean Rouch. Elle devient une figure de la Nouvelle Vague et travaille comme photographe de tournage pour Jean-Luc Godard, François Truffaut, Jacques Rivette et Agnès Varda. On lui doit de nombreuses photographies célèbres de cette époque, notamment un portrait de Jeanne Moreau ayant servi d'affiche pour la 43e cérémonie des César.