Марина Алексеевна Ладынина родилась 11 (24) июня 1908 года в селе Скотинино Смоленской губернии в крестьянской семье. Её родители, Алексей Дмитриевич Ладынин (1879—1955) и Мария Наумовна Ладынина (1889—1971), имели троих детей, и Марина была старшей. Вскоре после рождения Марины семья переехала в село Назарово Енисейской губернии. Отец получил начальное образование, тогда как мать была неграмотной.
С раннего возраста Марина проявляла интерес к чтению и сценическим искусствам. Она читала книги и пересказывала прочитанное своим друзьям. В школьном театре была суфлёром, а позже, учась в педагогическом классе в Ачинске, подменяла актёров в местном театре. После окончания школы, в возрасте пятнадцати лет, Ладынина начала работать сельской учительницей, сначала в Назарово и Усть-Берёзовке Сибирского края, а затем в одном из сёл Смоленской губернии. Там она познакомилась с актёром Театра имени Всеволода Мейерхольда Сергеем Фадеевым, который посоветовал ей поступать в Государственный институт театрального искусства (ГИТИС).
В 1929 году Марина Ладынина приехала в Москву и успешно поступила в ГИТИС с первой попытки. Во время учёбы она снялась в эпизоде кинофильма у режиссёра Ю. А. Желябужского. На втором курсе института Ладынина проходила стажировку в МХАТе имени М. Горького. В 1933 году она окончила ГИТИС и была принята в труппу МХАТа, где работала до 1935 года. В этом периоде её карьеры режиссёр К. С. Станиславский дал ей ценный совет, касающийся её сценического образа.
В 1934 году Марина Ладынина познакомилась с режиссёром Иваном Пырьевым на съёмках фильма «Вражьи тропы». В 1936 году они поженились. В 1935—1945 годах Ладынина работала актрисой киностудии «Мосфильм», снявшись в ряде популярных фильмов, таких как «Трактористы», «Свинарка и пастух», «В шесть часов вечера после войны» и «Кубанские казаки».
С 1945 по 1994 годы она периодически выходила на сцену Театра-студии киноактёра, выступала с концертами и творческими вечерами по всему Советскому Союзу. В 1954 году после выхода на экраны фильма «Испытание верности» её брак с Иваном Пырьевым распался. После этого Ладынина приняла решение не сниматься в кино, чтобы остаться в памяти зрителей молодой и красивой.
Последние десять лет своей жизни Марина Ладынина жила затворницей. Её часто навещала Наталья Иосифовна Ельцина, которая заботилась о ней и оказывала помощь. Актриса скончалась 10 марта 2003 года в Москве в возрасте 94 лет от сердечной недостаточности, осложнённой переломом шейки бедра. Похоронена на Новодевичьем кладбище.