Wychowanek Spartaka Moskwa. Karierę rozwijał w CSKA Moskwa. Od 2010 do 2013 grał w juniorskich rozgrywkach MHL, a także w elitarnej KHL. Wybrany przez drużynę Detroit Red Wings z numerem 205 podczas NHL Entry Draft 2011. Od maja 2013 był zawodnikiem Detroit Red Wings, w barwach którego grał przez cztery niepełne sezony, a jednocześnie występował równolegle w zespole farmerskim Grand Rapids Griffins w AHL. W połowie 2016 przedłużył kontrakt z Red Wings o dwa lata. Na początku lutego 2017 klub z Detroit wystawił Marczenkę na listę waivers. Dzień później Rosjanin podpisał kontrakt z Toronto Maple Leafs. Po sezonie, 14 sierpnia 2017 Marczenko ponownie trafił na listę waivers. Kolejnego dnia podpisał 3-letni kontrakt z CSKA Moskwa. Od maja 2020 zawodnik Łokomotiwu Jarosław.