Marion Cotillard se joint parfois à des initiatives politiques pour faire avancer la cause de l'écologie. Nommée en 2010 marraine de l'organisation caritative Fondation Maud Fontenoy, elle se rend en octobre dans plusieurs collèges parisiens avec la navigatrice Maud Fontenoy et le Ministre de l'écologie Jean-Louis Borloo pour sensibiliser les enfants à la biodiversité marine et à la nécessité de sa protection. En février 2015, elle accompagne avec l'actrice Mélanie Laurent le président de la République française François Hollande à Manille, aux Philippines, pour y prononcer un discours de sensibilisation sur le réchauffement climatique en vue de la conférence de Paris à venir.