Nel 2015 è protagonista dell'ultimo lungometraggio di Claudio Caligari, "Non essere cattivo", dove interpreta il protagonista Cesare. Per la sua interpretazione vince il Premio Pasinetti al miglior attore alla 72ª mostra del cinema di Venezia e ottiene una seconda nomination ai David di Donatello 2016. Sempre nel 2015 recita in "Lo chiamavano Jeeg Robot", diretto da Gabriele Mainetti, dove interpreta "Lo Zingaro". Grazie alla sua interpretazione, Marinelli vince il suo primo David di Donatello come miglior attore non protagonista, nonché un Nastro d'argento e un Ciak d'oro nella medesima categoria. Nel 2017 interpreta Fabrizio De André nella miniserie "Fabrizio De André - Principe libero".