Nascido em Caxias do Sul, Marcelo Fedrizzi Demoliner deu seus primeiros passos no tênis no Recreio da Juventude, onde desde bebezinho via os pais e o avô praticarem a modalidade. Disputou apenas 10 torneios como juvenil e se tornou profissional em 2006, fazendo sua estreia em um quali do future no Recife. Em 2007, disputou seu primeiro challenger e dois anos depois entrou no top 300, quando conquistou seu primeiro e único título de challenger, em Blumenau.
Se os resultados em simples não foram suficientes para fazê-lo passar do 232º lugar no ranking, sua melhor marca, nas duplas ‘Demo’ conseguiu brilhar, disputou todos os Grand Slam, acumulou mais de 150 vitórias em nível ATP, vencendo cinco títulos. Ao lado de Maria José Martinez, ele foi semifinalista de duplas mistas no em Wimbledon 2017 e no Australian Open 2018, suas melhores campanhas em Slam até o momento.
A primeira grande conquista de duplas veio em 2018 na grama do ATP 250 de Antalya, ao lado do mexicano Santiago Gonzalez. Nos dois anos seguintes, venceu um título em cada, ambos com o holandês Matwe Middelkoop, seu parceiro nas conquistas de Moscou (2019) e Córdoba (2020). Ele voltou a vencer com Gonzalez em 2021, em Stuttgart, e sua conquista mais recente foi em 2023 em Marrakech, com o italiano Andrea Vavassori. Além disso, Demoliner também representou o Brasil em cinco confrontos de Copa Davis, disputou os Jogos Olímpicos de Tóquio e levou duas medalhas no Pan-americano de Santiago, o ouro nas duplas com Gustavo Heide e a prata nas duplas mistas com Luisa Stefani.