El futuro de Marcos Alonso parece estar lejos del FC Barcelona y, según apunta Sport, el Atlético de Madrid, que ya se fijó en el madrileño hace tiempo, no le pierde de vista y su nombre está sobre la mesa de la dirección deportiva colchonera.
Nació y creció en Madrid, y pasó brevemente en su infancia por ciudades como Santander o Sevilla, en las que su padre se encontraba entonces jugando o entrenando. Más tarde comenzó a formarse en las categorías inferiores del Atlético de Madrid. Tras pasar una estancia en el club colchonero, Alonso empezó su formación en el Real Madrid ya que la ciudad deportiva le quedaba más cerca de su vivienda en aquel entonces. Jugó en el Unión Adarve, club desde el que pasó al club blanco de la mano de Rodolfo de la Rubia, entrenador de las categorías inferiores del Real Madrid. Tras pasar por los diferentes equipos de la cantera del club de Chamartín, en 2009 llegó a formar parte del Real Madrid Castilla.
El 11 de diciembre de 2009 fue llamado por Manuel Pellegrini, entrenador del Real Madrid, a una convocatoria del primer equipo. El 4 de abril de 2010 debutó con el Real Madrid frente al Racing de Santander (que fue curiosamente el club de debut de su padre en Primera División) con victoria del Real Madrid por 2-0.
El 27 de julio de 2010 firmó un contrato por tres años con el Bolton Wanderers, entonces equipo de la Premier League inglesa. El 1 de enero de 2011 debutó en la competición jugando de titular contra el Liverpool. Cumplió su contrato de tres años con el Bolton Wanderers, siendo este último el mejor de los tres, en el que fue nombrado mejor jugador de la temporada.
Tras este periplo pasó a formar parte de la ACF Fiorentina, siendo cedido en enero al Sunderland A. F. C., equipo de la Premier League, donde realizó un final de temporada llegando a la final de la Copa de la Liga y logrando la permanencia. Al finalizar el año, volvió a la ACF Fiorentina donde se consolidó en el equipo titular. En enero de 2016 renovó su contrato hasta el año 2021.
El 30 de agosto de 2016 se convirtió en jugador del Chelsea F. C. por 25 millones de euros. En el club inglés logró sus primeros títulos como profesional al ganar la Premier League y la FA Cup. También aumentó notablemente su registro goleador, llegando a anotar ocho goles en la campaña 2017-18. En su segunda campaña fue incluido en el equipo ideal de la competición doméstica.
El 2 de septiembre de 2022 el conjunto londinense anunció que había llegado a un acuerdo con el jugador para la rescisión de su contrato. Durante esos seis años que estuvo en el club, disputó 212 partidos, marcó 29 goles y conquistó seis trofeos diferentes. Ese mismo día se anunció su fichaje por el F. C. Barcelona hasta junio de 2023.
Realizó su debut con el conjunto azulgrana el día 10 de ese mismo mes jugando los últimos minutos de un partido de Liga contra el Cádiz. Inicialmente fichado para jugar en la banda izquierda de la defensa, principalmente actuó en la zona central debido a las bajas que fue acumulando el equipo en los primeros meses de competición. A mitad de temporada renovó su contrato hasta 2024 con opción a un año más.