I Roma skrev Marcellinus på latin Romerrikets historie fra Nervas tiltredelse i 96 og fram til Valens død i slaget ved Adrianopel i 378, i praksis fortsatte han historien til Tacitus. Det er antatt at han fullførte sitt verk før 391 ettersom han ved 22.16.12 priser tempelet Serapeum i Egypt som Romerrikets storhet, og dette tempelet ble ødelagt av kristne mot slutten av dette året. (Rerum gestarum Libri XXXI) var opprinnelig i 31 bøker, men de første 13 har gått tapt. Den bevarte 18 gjenstående bøker dekker perioden fra 353 til 378. Som en helhet har verket blitt betraktet som særdeles verdifullt ved å være en klar, sammenhengende og generelt upartisk redegjørelse av hendelsene slik de ble opplevd og vurdert av en samtidig. Som så mange andre antikke historikere hadde også Ammianus en sterk politisk og religiøs agenda som han fulgte, og satte Konstantius II opp som kontrast til Julian og hvor den førstnevnte ikke kom godt ut av. Som alle antikke forfattere var han dyktig i retorikk, og det vises i hans verk.