Marcello Rota studierte Waldhorn am Konservatorium "A. Vivaldi" in Alessandria bei Giacomo Zoppi, Komposition bei Felice Quaranta und Orchesterleitung bei Igor Markevitch und Franco Ferrara an der Akademie Chigiana in Siena.
Nach seinem Debüt mit dem Sinfonieorchester der RAI in Turin dirigierte er wiederholt das Orchester San Carlo in Neapel, das Orchester des Theaters Massimo in Palermo, die "Enti Arena" in Verona und Cagliari, die Oper in Genua, die Philharmonie in Turin, das Italienische Philharmonische Orchester, das Italienische Orchester der Schweiz, der Staatsoper München, der Nordwestdeutschen Philharmonie, der Baden-Badener Philharmonie, dem Galizia Symphony Orchestra, dem Gran Canaria Philharmonic Orchestra, dem Royal Philharmonic Orchestra, der Moskauer Philharmonie, dem Berliner Philharmonic Orchestra, der Deutschen Oper Berlin und dem Philharmonischen Chor Prag.
Seit 1995 hat er in renommierten Konzertsälen in ganz Europa dirigiert: Concertgebouw Amsterdam, Musik Halle Hamburg, Royal Albert Hall London, Palais des Beaux Arts Brüssel und Elisabeth Halle Antwerpen, Philharmonie München, Berlin, Mannheim, Akademie S. Cecilia in Rom, Oper Rom und Comunale Bologna.
Im Libanon, in Portugal, Mexiko, Chile, Argentinien, Brasilien und den USA dirigierte er das Philharmonische Orchester von Xalapa, das Symphonische Orchester von Chile, das Philharmonische Orchester von Buenos Aires, das Symphonische Orchester von Rio de Janeiro, das San Diego Symphony Orchestra, das Vancouver Symphony Orchestra, das Hollywood Bowl Orchestra, das New Jersey Symphony Orchestra, das Naples Symphony Orchestra, das Hartford Symphony Orchestra, die Nationaloper von Beograd, das Beograd Philharmonic Orchestra, das Royal Philharmonic Orchestra in den Vereinigten Staaten, das Estonian National Symphony Orchestra, British Philharmonic, BBC Radio Concert Orchestra, Cairo Symphony, Manila Philharmonic, Presidential Orchestra of Cremlin, in Australien und Neuseeland mit dem Melbourne Symphony, Sydney Symphony, Adelaide Symphony, Queensland Symphony, Perth Philharmonic, Aukland and New Zealand Philharmonic und in China mit der National Opera and Choir of Beijing, Shanghai Symphony und Beijing Symphony Orchestra.
Seit 2004 ist er Erster Gastdirigent des Tschechischen Nationalen Symphonieorchesters Prag, mit dem er kürzlich eine Aufnahme für Victor-JVC gemacht hat.
In den Jahren 2006/2007 und 2009 dirigierte er an der Mailänder Scala.
Viele bekannte Solisten wurden von ihm begleitet, wie Rostropovic, Geringas, Rampal, Galway, Diaz, Sitkovetsky, Baumann, Cecilia Gasdia, Tiziana Fabbricini, Katia Ricciarelli, Mariella Devia, Maria Dragoni, Kiri Te Kanawa, Renato Bruson, Leo Nucci und Nicola Martinucci. Unvergesslich ist die Teilnahme mit Andrea Bocelli und dem "Toscanini"-Orchester von Parma am Konzert in Bologna, das in Anwesenheit von Papst Johannes Paul II. im Fernsehen übertragen wurde.
Groß ist das Opernrepertoire mit über vierzig aufgeführten Titeln und besonderer Aufmerksamkeit für Rossini, Bellini, Donizetti, Verdi und Puccini, deren Opern er mit Erfolg von Publikum und Kritikern dirigiert hat.