Sullivan è cresciuto a Lake Tahoe . Ha imparato a sciare all'età di tre anni su una piccola collina ghiaiosa dietro la casa dei suoi genitori. Ha partecipato alla sua prima gara quando aveva sette anni. Il suo talento lo ha portato a Squaw Valley , dove è stato accettato nel programma Mitey Mites , un programma di supporto per i giovani sciatori alpini. Nel 1999 riesce a raggiungere per la prima volta i top driver della sua associazione con un terzo posto nella discesa libera ai campionati americani. L'anno successivo ha vinto la medaglia di bronzo in slalom ai Campionati del Mondo Juniores nel 2000 a Lac-Beauport, in Canada . Uno strappo al legamento crociato del ginocchio sinistro, patito nell'ultimo giorno dei Campionati del Mondo Juniores, ha rallentato il suo ulteriore sviluppo atletico.
Dopo la sua guarigione, Sullivan ha vissuto i due anni di maggior successo della sua carriera fino ad oggi. Nella stagione 2000/01 è stato il pilota dominante nella Nor-Am Cup . Ha vinto la classifica generale della serie di corse così come la classifica delle discipline in discesa e superG. Il 7 dicembre 2001 ha debuttato in Coppa del Mondo nel Super G di Val-d'Isère , dove non è riuscito a prendere piede nella sua prima stagione. Tuttavia, ha avuto un grande successo con il suo debutto alle Olimpiadi invernali del 2002 a Salt Lake City , quando è arrivato nono nella discesa come miglior pilota della squadra di sci statunitense. Ha concluso la stagione con il suo primo titolo di campionato statunitense nel Super-G.
Nelle stagioni successive Sullivan si è imposto in Coppa del Mondo, ma senza riuscire ad avanzare ai vertici. Solo nel dicembre 2002 ha ottenuto il suo primo posto nella top ten con il sesto posto nella discesa di Beaver Creek . Nel 2003 è stato 17esimo nel Super G ai Campionati del mondo di sci alpino di St. Moritz . Nel dicembre 2004, una rottura del legamento crociato sinistro, contratta durante una corsa di allenamento a Beaver Creek, ha interrotto la sua carriera atletica. Nonostante il grave infortunio, è tornato sugli sci sette mesi dopo. Ha combattuto per rientrare nella squadra senior della squadra di sci statunitense e ha festeggiato un successo in rimonta nel gennaio 2006 con il 16 ° posto nella gara del Lauberhorn e il 14 ° posto nella corsa dell'Hahnenkamm . Nel dicembre 2006 ha nuovamente ottenuto il suo secondo posto nella top ten di una gara di Coppa del Mondo a Beaver Creek. Poco dopo ha raggiunto il quarto posto nella discesa della Val Gardena e ha mancato il podio solo per un centesimo di secondo. Alla Coppa del Mondo 2007 ad Åre, non è stato in grado di ripetere questa prestazione con il 28 ° posto in discesa.
Nella stagione 2007/08 , Sullivan è finalmente arrivato in cima al mondo. Il 24 novembre 2007 ha ottenuto il suo primo podio in Coppa del Mondo con il secondo posto nella discesa di Lake Louise . Ha celebrato la sua unica vittoria in Coppa del Mondo il 26 gennaio 2008 in discesa a Chamonix . Nella Coppa del Mondo di Downhill, Sullivan si è classificato quarto a fine stagione. Sullivan ha ottenuto quattro primi 5 risultati - per la prima volta oltre alla Discesa anche nel Super-G - nella stagione 2008/09 ; in inverno del 2009/10 , tuttavia, egli non riuscire ad entrare nella top ten in tutte le gare di Coppa del Mondo. Nei grandi eventi, l'americano non ha ottenuto alcuna posizione di vertice. Ai Mondiali di Val-d'Isère 2009 è stato 25esimo nella discesa libera e 23esimo nel Super G alle Olimpiadi invernali 2010 di Vancouver . La stagione 2010/11 è iniziata molto male per Sullivan con un solo punto in Coppa del Mondo in cinque gare. A fine dicembre si è infortunato alla testa e al ginocchio in una caduta durante l'allenamento in discesa a Bormio, motivo per cui non ha potuto partecipare ad altre gare per il resto dell'inverno.
Nella stagione 2011-12, due 17 ° posti sono stati i migliori risultati di Sullivan. Il 24 novembre 2012, dopo quasi tre anni, ha nuovamente conquistato un podio quando è arrivato terzo nella discesa di Lake Louise. Nell'ulteriore corso dell'inverno, però, non è andato oltre un 18 ° posto. Nella stagione 2013/14, due sedicesimi posti sono stati i suoi migliori risultati, Sullivan è stato in grado di migliorare ancora nell'inverno 2014/15 ed è stato quinto nella Lake Louise Downhill, più altri due primi 10 posti.
Dopo aver lasciato Kvitfjell il 12 marzo 2016, Marco Sullivan ha annunciato che avrebbe concluso la sua carriera attiva alla fine della stagione 2015/16 . Non potendo prendere parte alle finali di Coppa del Mondo in termini di punti, il 13 marzo 2016 il Super-G è stata la sua ultima gara.
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