Vinicio Marchioni è diventato famoso per la sua partecipazione, nel ruolo de il Freddo, nella serie televisiva Romanzo criminale (2008-2010), diretta da Stefano Sollima, ispirata alla vera storia della cosiddetta Banda della Magliana. Tra i suoi film come attore ci sono Feisbum! Il film, regia di Giancarlo Rolandi (2009), Diciotto anni dopo, regia di Edoardo Leo (2009), Scialla! (Stai sereno), regia di Francesco Bruni (2011), To Rome with Love, regia di Woody Allen (2012), Venuto al mondo, regia di Sergio Castellitto (2012), Passione sinistra, regia di Marco Ponti (2013), Miele, regia di Valeria Golino (2013), Third Person, regia di Paul Haggis (2013), Il sud è niente, regia di Fabio Mollo (2013), Tutta colpa di Freud, regia di Paolo Genovese (2014), The Place, regia di Paolo Genovese (2017), Drive Me Home, regia di Simone Catania (2018), Ma cosa ci dice il cervello, regia di Riccardo Milani (2019), L'uomo del labirinto, regia di Donato Carrisi (2019), I predatori, regia di Pietro Castellitto (2020).