Marčiulionis incominciò a giocare nel campionato superioresovietico sin da molto giovane (a 17 anni), nei Statyba Vilnius, gli attualiLietuvos Rytas. InEuropa, gli ci volle poco tempo per dimostrarsi una delle guardie più forti che si fossero mai viste, tanto da suscitare interesse anche oltreoceano.
Marčiulionis si dichiarò eleggibile per ildraft NBA del 1987, dove fu però enormemente sottovalutato, scelto daiGolden State Warriors addirittura al 6º giro di chiamate. Šarūnas tuttavia incominciò la carriera nella NBA soltanto nel 1989, non potendo avere prima il via libera per andare oltreoceano. Nella sua prima stagione,1989-90, fu una piacevole sorpresa, assestandosi subito solidamente al di sopra della doppia cifra nei punti. Nel1992 ebbe la sua consacrazione, raggiungendo i 18,9 punti di media e il 53,8% al tiro, dato che lo consacrò terza arma principale dei Warriors, dopo i compagniChris Mullin eTim Hardaway; la squadra quell'anno ebbe una buonissima stagione regolare, chiudendo con un bilancio di 55 vittorie e 27 sconfitte. Nei play-off il suo livello di gioco salì ulteriormente: segnò 85 punti nelle quattro partite disputate (21,3 di media). Ciò non fu però sufficiente a Golden State, che venne battuta per 3-1 nel primo turno daiSeattle SuperSonics.
Restò con i Warriors fino al1993, e dopo aver saltato un intero anno a causa di un infortunio, passò proprio a Seattle, il che gli costò però una diminuzione dei minuti di gioco. Nel1996 giocò con iSacramento Kings, mentre l'ultima stagione prima del ritiro, avvenuto nel 1997, la disputò con iDenver Nuggets.
Ha vestito la maglia dellanazionale dell'Unione Sovietica fino al 1990, anno in cui la Lituania conquistò l'indipendenza. Con la nazionale giovanile ha ottenuto molti risultati di prestigio, come la vittoria agli Europei junior (1982) e ai Mondiali junior (1983); nel 1985 vinse l'oro alleUniversiadi. Passando nella nazionale senior, vinse l'argento agliEurobasket 1987; il risultato più clamoroso fu però conseguito l'anno seguente, quando l'URSS, guidata in particolare da Marčiulionis,Rimas Kurtinaitis eArvydas Sabonis, fu campione olimpico aiGiochi diSeul del 1988. Nel 1992 venne eletto miglior giocatore del torneo di qualificazione ai Giochi olimpici di Barcellona, nelle quali invece la nazionale Lituana, sempre guidata dal trio Marčiulionis-Kurtinaitis-Sabonis, vinse la medaglia di bronzo. Nel 1995 si classificò di nuovo 2º agli Eurobasket, e venne elettoMVP del torneo.
* - Membri che sono stati inseriti sia in qualità di allenatori, sia in qualità di giocatori. ** - Membri che sono stati inseriti sia in qualità di allenatori, sia in qualità di contributori. *** - Membri che sono stati inseriti sia in qualità di contributori, sia in qualità di giocatori.