Nato a Roma nel 1940, Marcello Panni compie gli studi di pianoforte, composizione e direzione d'orchestra nella sua città, diplomandosi al Conservatorio di Santa Cecilia. Si perfeziona in seguito nella composizione all'Accademia di Santa Cecilia con Goffredo Petrassi, Nel 1968, ottiene il Primo Premio di direzione d'orchestra nella classe di Manuel Rosenthal al Conservatorio Nazionale Superiore di Parigi.
Debutta come direttore l'anno successivo alla Biennale di Venezia con un concerto dedicato a musiche di Petrassi. Da allora, Panni porta avanti le carriere parallele di compositore e di direttore d'orchestra.
Esordisce come compositore con lavori quali Prétexte per orchestra (Roma, 1964), Arpège per arpa e percussioni (Parigi 1967), D'Ailleurs per quartetto d'archi (Londra 1967), Patience per coro ed orchestra (New York 1968), Après Tout per trio d'archi e orchestra (Baden-Baden, 1969). Alla Biennale di Venezia del 1965 viene eseguito il suo Empedokles-Lied (da Hölderlin) per baritono e orchestra. Nel 1971 fonda l'Ensemble Teatro-musica. Con questa formazione compie tournées in tutta Europa, eseguendo e registrando opere di Schnebel, Cage, Pennisi, Berio, Bussotti, Clementi, Donatoni, Feldman, e rappresenta alla Piccola Scala di Milano Klangfarbenspiel, pantomima musicale in collaborazione con Piero Dorazio e Mario Ricci (1972), cui segue al Maggio Musicale Fiorentino La Partenza dell'Argonauta da Savinio, in collaborazione con Memè Perlini e Antonello Aglioti.(1976)
Dal 1980 al 1984 insegna composizione al Mills College di Oakland, California, titolare della prestigiosa Milhaud Chair.
Dalla fine degli anni '70 è ospite regolare delle principali istituzioni musicali italiane e dei più importanti teatri d'Europa (Opéra di Parigi, Wiener Staatsoper, Deutsche Oper Berlin, Opera di Zurigo, ABAO di Bilbao, Covent Garden di Londra, Teatre del Liceu di Barcellona....) con opere del grande repertorio (Rossini, Donizetti, Verdi, Puccini, Mascagni…) Nel 1988 debutta al Metropolitan Opera di New York con L'Elisir d'Amore nel cui cast figura Luciano Pavarotti, e vi torna per due nuove produzioni, Rigoletto nel 1989 e Lucia di Lammermoor nel 1992. Nel 2003 entra con una nuova produzione di Macbeth al Teatro Bolshoi di Mosca.
Il suo ecclettismo musicale lo induce a dirigere ed a registrare, oltre al repertorio romantico, opere rare del XVIII secolo: Il Flaminio e Adriano in Siria di Pergolesi, la Nina pazza per amore di Paisiello, Giulio Cesare di Händel, Armida di Jommelli, e opere contemporanee, come Il Cordovano di Goffredo Petrassi, Passion selon Sade di Sylvano Bussotti, Passaggio, Laborintus II e Opera di Luciano Berio, The Fall of the House of Usher di Philip Glass. Tra le prima esecuzioni assolute Neither di Morton Feldman su testo di Samuel Beckett all'Opera di Roma (1976) Cristallo di Rocca di Sylvano Bussotti alla Scala di Milano (1982) Civil Wars di Philip Glass, libretto e regia di Bob Wilson all'Opera di Roma (1984).
Marcello Panni ha composto diverse opere liriche: Hanjo (1994) tratta da un No moderno di Yukio Mishima, con la regia di Bob Wilson, commissione del Maggio Musicale Fiorentino; Il Giudizio di Paride, libretto del compositore dai Dialoghi di Luciano di Samosata, scritta per l'Opera di Bonn (1996), The Banquet (Talking about Love), libretto di Kenneth Koch, commissione dell'Opera di Brema (1998), ripresa nel 2001-2002 a Roma, Genova e Firenze. Nell'aprile 2005 ha presentato al Teatro San Carlo di Napoli Garibaldi en Sicile, commissione del teatro napoletano, libretto di Kenneth Koch tratto da Les Garibaldiens di Alexandre Dumas padre.
Nel 1994, Marcello Panni è nominato direttore artistico dell'Orchestra dei Pomeriggi Musicali di Milano e quasi contemporaneamente, direttore musicale dell'Opera di Bonn. Nel settembre del 1997 assume la carica di direttore musicale dell'Opera e dell'Orchestra Filarmonica di Nizza. Dal 1999-2004 è direttore artistico dell'Accademia Filarmonica Romana. Nell'autunno 2000 lascia l'Opera di Nizza per ricoprire il posto di consulente artistico al Teatro San Carlo di Napoli che mantiene per due stagioni. Nel 2003 è stato nominato Accademico di Santa Cecilia.
