Le lieu est connu dès 676, sous Thierry III.

Marly est propriété des seigneurs de Montmorency jusqu'à son acquisition par Louis XIV en 1676 qui y fait construire par Jules Hardouin-Mansart « son » château de Marly, plus intime que Versailles et où il pourra s'adonner aux plaisirs personnels. Le château, situé sur le plateau du Cœur Volant, est alimenté en eau par la machine de Marly et l'aqueduc de Louveciennes et l'extrémité nord est agrémenté d'un bassin, en contrebas, au niveau du village, et d'un immense abreuvoir où les cavaliers peuvent entrer avec leurs montures ! Ce bassin sera agrémenté, sous Louis XV, par les deux célèbres chevaux de Marly sculptés en 1745 par Guillaume Coustou. En 1789, le château est pillé par les révolutionnaires et laissé à l'abandon.

Durant la Révolution, la commune porte provisoirement le nom de Marly-la-Machine1 (bien que celle-ci soit située sur la commune de Bougival) ; les chevaux sont « subtilisés » pour être installés à Paris sur la place de la Concorde puis placés à l'entrée de l'avenue des Champs-Élysées en 1795. Aujourd'hui, ils se trouvent à l'abri des intempéries au musée du Louvre dans la cour Marly de l'aile Richelieu.

En 1799, un industriel, Alexandre Sagniel, achète le château à l'abandon et installe des ateliers de filature dans les communs. Failli, cet industriel ne trouvant pas à céder le château en l'état de délabrement avancé, le démantèle et en vend les pierres comme pierres à bâtir2. En 1806, le domaine passe entre les mains de l'administration des Eaux et Forêts.

La période impressionniste voit le village, à l'instar de ceux de Bougival, Louveciennes ou Croissy, attirer les peintres comme Sisley ou Pissarro ainsi que poètes, écrivains et sculpteurs.

Le nom de Marly a été donné à une automobile construite en 1956 par la société Simca, le break Simca Marly. Le nom de Marly a été donné à un plat "La Timbale Marly", (un salpicon), mélange à base de légumes, de fruits, de poisson et de