Hemingway vokste hovedsakelig opp i Ketchum, Idaho, hvor hennes far bodde, og hvor hennes farfar hadde også brukt mye tid som idrettsutøver og forfatter. Mariel tilbrakte også en del av sin oppvekst i New York City i New York, og i Los Angeles, California. Hemingways første rolle som skuespiller var sammen med søsteren Margaux i filmen Lipstick fra 1976. Filmen ble ikke ansett som spesielt god, men Mariel ble nominert som beste nykommer under utdelingen av Golden Globe Award dette året. Hemingway mest kjente rolle var i regissør Woody Allens film Manhattan fra 1979, som er en romantisk komedie. Mariel var bare seksten år gammel under film-innspillingen, og hun ble nominert til en Oscar for beste kvinnelige birolle. I filmen Personal Best fra 1982 spilte Mariel en bifil idrettsutøver i en film kjent for noe eksplisitt på grunn av kjærlighetsscenene mellom to lesbiske kvinner.