Originaire de Québec, Marc Garneau a occupé de 1974 à 1983 les fonctions d’ingénieur des systèmes de combat sur le HMCS Algonquin, d’instructeur à l’École navale à Halifax et d’ingénieur de projet pour les systèmes d’armes navales à Ottawa, devenant une autorité en la matière. Il obtint les grades de Commandant et de Capitaine dans la marine. Sélectionné avec 5 autres pour composer la première cohorte d’astronautes canadiens, il fut détaché en février 1984 du ministère de la Défense nationale pour suivre son entraînement d’astronaute. Du 5 au 13 octobre 1984, à bord de la navette spatiale Challenger, il participa à la mission STS-41G à titre de spécialiste de charges utiles, devenant du même coup le premier Canadien à séjourner dans l’espace. Nommé directeur adjoint du Programme des astronautes canadiens en 1989, il effectua sa deuxième mission (STS-77) en mai 1996 à bord de la navette Endeavour, à titre cette fois de spécialiste de mission responsable des systèmes de l’orbiteur. Au cours de ce voyage, l’équipage déploya 2 satellites et les responsabilités de Garneau s’étaient grandement accrues, obligeant celui-ci à connaître sur le bout des doigts les systèmes à bord et à réagir promptement en cas de défaillances. Il manipula le bras Canadarm pour extraire le satellite Spartan de la soute de la navette.
Du 5 au 13 octobre 1984, à bord de la navette spatiale Challenger, il participa à la mission STS-41G à titre de spécialiste de charges utiles, devenant du même coup le premier Canadien à séjourner dans l’espace.
Entre deux missions, Garneau occupa la fonction de CAPCOM (capsule communicator), c’est-à-dire qu’il fut la voix de Houston communicant en direct avec un équipage en orbite. Pour son troisième vol (STS-97) en novembre 2000 à bord du Endeavour, Marc Garneau était assis dans le poste de pilotage durant la mise en orbite, tout juste derrière le commandant et le pilote, incarnant l’équivalent d’un ingénieur de vol sur un avion de passagers. Il manipula à nouveau le bras Canadarm pour l’extraction hors de la soute de grands panneaux solaires devant être installés sur la Station Spatiale Internationale, qu’il visita brièvement. Au total, Marc Garneau séjourna plus de 26 jours en orbite. En 2002, il fut nommé Président de l’Agence spatiale canadienne, située à l’aéroport de Saint-Hubert.
En octobre 2008, Marc Garneau a été élu à la Chambre des communes comme député pour Westmount-Ville-Marie et, lors de ce premier mandat, il a été porte-parole pour l’industrie, les sciences et les technologies et le représentant du Québec. Il a été réélu député de Westmount-Ville-Marie en mai 2011 et a occupé le poste de leader à la Chambre des communes. Il a également été porte-parole en matière d'affaires étrangères et de francophonie. En octobre 2015, il a été réélu, à titre de député de Notre-Dame-de-Grâce–Westmount.
1980: Décoration des Forces Canadiennes .
1985: Officier de l’Ordre du Canada.
1997: Médaille pour service exceptionnel de la NASA
2002: Médaille du jubilé d’or de la Reine Elizabeth II
2003: Compagnon de l’Ordre du Canada
Il a également eu l’honneur de voir deux écoles secondaires porter son nom, soit le Marc Garneau Collegiate Institute, à Toronto, et l’École Secondaire Marc Garneau de Trenton, en Ontario.