Nato a Roma nel 1940, compie gli studi di pianoforte, composizione e direzione d’orchestra nella sua città, diplomandosi al Conservatorio di S. Cecilia, dove si perfeziona nella composizione con Goffredo Petrassi, mentre per la direzione d'orchestra è allievo di Manuel Rosenthal al Conservatorio Nazionale Superiore di Parigi. Debutta come direttore nel 1969 alla Biennale di Venezia con un concerto dedicato a musiche di Petrassi: da allora, porta avanti le carriere parallele di compositore e di direttore d’orchestra. Esordisce come compositore con lavori quali Prétexte per orchestra (Roma, 1964), Empedokles-Lied (da Hölderlin) per baritono e orchestra (Venezia, 1965), Arpège per arpa e percussioni (Parigi, 1967), D’Ailleurs per quartetto d’archi (Londra, 1967), Patience per coro e orchestra (New York, 1968). Nel 1971 fonda l’Ensemble Teatro-musica. Con questa formazione compie tournée in tutta Europa, eseguendo e registrando opere di Schnebel, Cage, Pennisi, Berio, Bussotti, Clementi, Donatoni, Feldman, e rappresenta alla Piccola Scala di Milano Klangfarbenspiel, pantomima musicale in collaborazione con Piero Dorazio e Mario Ricci (1972), cui segue al Maggio Musicale Fiorentino La Partenza dell’Argonauta da Savinio, in collaborazione con Memè Perlini e Antonello Aglioti (1976).
Dalla fine degli anni ’70 è ospite regolare delle principali istituzioni musicali italiane e dei più importanti teatri lirici internazionali, quali l’Opéra di Parigi, il Metropolitan di New York, il Bolshoij di Mosca, la Staatsoper di Vienna. Dirige la prima esecuzione assoluta di Neither di Morton Feldman all’Opera di Roma (1976), Cristallo di Rocca di Silvano Bussotti alla Scala di Milano (1983), Civil Wars di Philip Glass all’Opera di Roma (1984). Dal 1980 al 1984 insegna composizione al Mills College di Oakland, California, titolare della prestigiosa Milhaud Chair.
Tra le sue composizioni Trenodia, per viola e 11 archi (Roma, 1991), Missa Brevis, per coro di voci bianche, fiati e percussioni (Nizza, 2000), Sinfonietta per orchestra da camera (Milano, 2001), Calatafimi!per voce recitante e orchestra (Torino, 2008). Ha composto diverse opere liriche: Hanjo (1994) tratta da un No moderno di Yukio Mishima, con la regia di Bob Wilson, commissione del Maggio Musicale Fiorentino; Il Giudizio di Paride, libretto del compositore dai Dialoghi di Luciano di Samosata, scritta per l’Opera di Bonn (1996), The Banquet (Talking about Love), libretto di Kenneth Koch, commissione dell’Opera di Brema (1998), ripresa nel 2001-2002 a Roma, Genova e Firenze. Nell’aprile 2005 ha presentato al Teatro San Carlo di Napoli Garibaldi en Sicile, commissione del teatro napoletano, libretto di Kenneth Koch tratto da Les Garibaldiens di Alexandre Dumas padre.
Nel 1994 è nominato direttore artistico dell'Orchestra dei Pomeriggi Musicali di Milano e quasi contemporaneamente direttore musicale dell'Opera di Bonn. Nel settembre del 1997 assume la carica di direttore musicale dell'Opera e dell'Orchestra Filarmonica di Nizza. Dal 1999-2004 è direttore artistico dell'Accademia Filarmonica Romana. Nell'autunno 2000 lascia l'Opera di Nizza per ricoprire il posto di consulente artistico al Teatro San Carlo di Napoli che mantiene per due stagioni. Nel 2003 è snominato Accademico di Santa Cecilia. Dal 2007 ha ripreso la direzione artistica dell'Accademia Filarmonica Romana..
Marcello Panni ha inciso numerosi dischi di musica del nostro tempo e alcune opere tra le quali Il Flaminiodi Pergolesi, La Fille du Régiment di Donizetti, Omaggio a Verdi, con Fabio Armiliato e Semiramidedi Rossini con Edita Gruberova, Bernardette Manca di Nissa, Diego Florez e l'Orchestra della Radio Austriaca.
