Estudió en el Conservatorio de París (CNSMDP) con Marius Constant (orquestación) y Pierre Boulez (dirección). De 1985 a 1990 formó parte del departamento de investigación musical del IRCAM, donde exploró la síntesis digital y la composición asistida por ordenador. La primera obra que creó en el IRCAM, Diadèmes, llamó la atención internacional y es una característica habitual del repertorio itinerante del Ensemble intercontemporaneo.

En 1992-1993 viajó a Berlín con una beca del Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD), y en 1995-1996 residió en la Villa Medici de Roma. Ha enseñado orquestación en el Conservatorio de París desde 1996.

Marc-André Dalbavie ganó el Premio de Composición del Festival de Pascua de Salzburgo y en 1998 fue nombrado Mejor Compositor Joven del Año por USA Today. En 1998-99 fue compositor residente de la Orquesta de Cleveland y, en 2000, fue compositor residente de la Orquesta Sinfónica de Minneapolis. Durante cuatro temporadas a partir de 2001, fue compositor residente de la Orquesta de París. Fue invitado de honor del festival Présences de Radio France en 2005. En 2010, recibió el Gran Premio de música sinfónica de la SACEM.

Dalbavie ha abierto con éxito la música contemporánea en muchas direcciones diferentes, lo que le ha convertido en uno de los compositores más interpretados de su generación. Ha recibido encargos de las orquestas más prestigiosas del mundo, entre ellas la Orquesta Sinfónica de Chicago, la Orquesta de Cleveland, la Filarmónica de Berlín, la Orquesta de Filadelfia, la Orquesta Real del Concertgebouw de Ámsterdam, la Orquesta de París, la Sinfónica de la BBC, la Sinfónica de Montreal y la Filarmónica de Tokio y de instituciones musicales como el Carnegie Hall, el Suntory Hall de Tokio, los Proms de Londres, el Festival de Música de Aspen, el Festival de Marlboro y la Cité de la musique de París.

Su enfoque innovador le ha permitido eliminar varios tabúes modernistas, incluido el retorno a la consonancia y a la pulsación rítmica sonora, que volvió a implementar en conciertos como el Concierto para piano (2005) y el Concierto para flauta (2006), y en determinadas piezas de música de cámara. como Trio n°1 (2008) y Piano Quartet (2011), así como a la fluidez melódica en las interpretaciones vocales, a través de un replanteamiento de la relación entre texto y música. Después de Sonetos de Louise Labé para contratenor y orquesta (2008), escribió su primera ópera, Gesualdo, que se estrenó en Zúrich en 2010, Charlotte Salomon (Salzburg Festival, 2014) and Le Soulier de Satin (Opéra national de Paris, 2021) y Melancholie des Widerstands  (Berlin Staatsoper - Unter den Linden, 2024).