Marco Malvaldi, laureato in chimica presso l'Università di Pisa, ha provato a fare il cantante lirico, ma ha abbandonato dopo poco per tornare alla professione di chimico. Esordisce nella narrativa nel 2007 con la serie dei vecchietti del BarLume, pubblicata da Sellerio: La briscola in cinque (2007), Il gioco delle tre carte (2008), Il re dei giochi (2010), La carta più alta (2012), Il telefono senza fili (2014); La battaglia navale (2016), A bocce ferme (2018), Bolle di sapone (2021), La morra cinese (2023). Da questa serie a partire dal 2013 è stata tratta una serie televisiva dal titolo I delitti del BarLume. Ha pubblicato anche Odore di chiuso (Sellerio, 2011, Premio Castiglioncello e Isola d’Elba-Raffaello Brignetti), giallo a sfondo storico, Milioni di milioni (Sellerio, 2012), Argento vivo (Sellerio, 2013), Buchi nella sabbia (Sellerio, 2015) e i saggi L' architetto dell'invisibile ovvero come pensa un chimico (Cortina Raffaello, 2017), Le due teste del tiranno. Metodi matematici per la libertà (Rizzoli, 2017), Per ridere aggiungere acqua. Piccolo saggio sull'umorismo e il linguaggio (Rizzoli, 2018), La misura dell'uomo (Giunti, 2018), e Vento in scatola (Sellerio, 2019).
Suoi racconti sono inclusi nelle antologie di Sellerio: Un Natale in giallo (2011), Capodanno in giallo (2012), Ferragosto in giallo (2013), Regalo di Natale (2013, La tombola dei troiai), Carnevale in giallo (2014, Costumi di tutto il mondo).  Nel luglio 2013 vince il Premio letterario La Tore Isola d'Elba.
Nel 2019 pubblica per il Mulino assieme a Stefano Marmi Caos.
Nel 2023 esce per Giunti editore il giallo storico, Oscura e celeste.
Insieme a Samantha Bruzzone, sua compagna, ha pubblicato Leonardo e la marea (Laterza, 2012), Chiusi fuori (Mondadori 2022), Chi si ferma è perduto (Sellerio, 2022), La molla e il cellulare. Che differenza c’è tra una scoperta e un’invenzione? (Raffaello Cortina Editore, 2022), Non c'è un cane (Mondadori, 2024), La regina dei sentieri (Sellerio, 2024).