Insieme alla sorella Florence Tempest, Marion formò un duo - le Sunshine and Tempest - che si affermò sui palcoscenici del vaudeville, arrivando nel 1907 ad esibirsi nelle spettacolari riviste di Florenz Ziegfeld.
Nel 1908, debuttò sullo schermo per la Biograph, una delle case di produzioni più importanti di quegli anni, dove venne diretta da David W. Griffith. Dopo otto film in cui ricopriva ruoli minori, nel 1910 le venne affidata la parte della protagonista in Sunshine Sue. Si trovò a recitare a fianco di attrici come Mary Pickford, Blanche Sweet, Mabel Normand.
Nella sua carriera di attrice cinematografica, che durò fino al 1916, Marion Sunshine girò ventisei pellicole. In una di queste, Sunshine and Tempest, prodotta nel 1915 dalla Gaumont Company, apparve per l'unica volta sullo schermo insieme alla sorella Florence.
Proseguì a recitare in teatro, cantando e ballando. Fu anche compositrice e paroliera. A lei si devono la versione in inglese di alcuni brani di musica cubana, tra i quali va ricordato il popolarissimo El Manisero che, in inglese, prese il titolo The Peanut Vendor. Insieme al marito Eusebio e al cognato Don Azpiazú, Marion Sunshine prese parte come cantante a un tour della band cubana di Azpiazú che introdusse sul suolo nordamericano i ritmi dell'isola caraibica diffondendone per la prima volta la musica negli Stati Uniti.