Pierwszy sukces w karierze Vittorio Marcelli osiągnął w 1967 roku, kiedy wspólnie z Lorenzo Bosisio, Benito Pigato i Flavio Martinim zdobył brązowy medal w drużynowej jeździe na czas podczas mistrzostw świata w Heerlen. W drużynie z Pigato, Martinim i Giovannim Bramuccim powtórzył ten wynik na rozgrywanych rok później mistrzostwach świata w Montevideo. Na tych samych mistrzostwach Marcelli zdobył ponadto złoty medal w indywidualnym wyścigu ze startu wspólnego amatorów, bezpośrednio wyprzedzając Brazylijczyka Luisa Carlosa Florèsa oraz Szweda Erika Petterssona. W 1968 roku wystąpił również na igrzyskach olimpijskich w Meksyku, gdzie wraz z Giovannim Bramuccim, Mauro Simonettim i Pierfranco Vianellim zdobył swój trzeci brązowy medal w drużynowej jeździe na czas. Był to jego jedyny start olimpijski. Poza tym nie osiągnął większych sukcesów. W 1969 roku zajął 64. miejsce w klasyfikacji generalnej Giro d'Italia, a rok później wystartował w Tour de France, ale nie ukończył rywalizacji.