Begin april 2019 tekende hij een voorcontract bij Ajax, dat in de zomerse transferperiode van 2019 in zou gaan. Hij tekende bij de Amsterdamse club voor de duur van vijf seizoenen. Met de overgang zou circa twaalfenhalf miljoen euro gemoeid zijn. Marin maakte op 27 juli zijn officiële debuut voor Ajax, toen in de strijd om de Johan Cruijff Schaal 2019 gespeeld werd tegen PSV. Door doelpunten van Kasper Dolberg en Daley Blind won de Amsterdamse club met 2–0. Marin mocht het gehele duel meespelen van coach Erik ten Hag. Hij startte het seizoen als basisspeler op de positie die Lasse Schöne eerder invulde, maar gedurende het seizoen verloor hij deze basisplaats aan achtereenvolgens Edson Álvarez, Donny van de Beek en Ryan Gravenberch. In september 2020 verruilde Marin Ajax op huurbasis voor een seizoen Cagliari. Na deze huurperiode zou het contract op 1 juli 2021 worden omgezet in een permanente transfer.