En 1914, ses parents sont pris en otages par les allemands occupants. Il fait ses études à Louvain, d'abord au collège de la Sainte-Trinité, puis à l'université de Louvain.
Nommé en 1936 à l'Institut national de radiodiffusion, il en donne sa démission en mai 1942. On lui tient rigueur après la guerre d'avoir travaillé à la radio sous l'occupant ; il doit s'exiler en Italie, puis en France où il prend un nouveau nom et adopte la nationalité française (voir ses mémoires, Les Années courtes.)
Pendant ses années belges, il publie quelques romans et un essai littéraire, mais sa vraie carrière littéraire débute à Paris. En 1953, à l'occasion de la publication de ses ravissantes nouvelles italiennes, En de secrètes noces, dès 1953, Thierry Maulnier remarque : " Une réflexion ironique, mais plus encore sereinement tendre, sur les hommes et leurs vies qu'ils tiennent serrées comme autant de poignées d'eau, sur leurs volontés et leur sort ; le coup d'oeil du moraliste et celui du peintre, la connaissance des êtres et l'amour des paysages humains - voilà qui compose un ensemble où transparaît discrètement un homme et où s'impose un écrivain que l'on ne peut confondre avec aucun autre."
D'autres nouvelles, des romans denses et légers et un grand essai, désormais classique, sur Balzac (Balzac et son monde, 1955- 1970) viennent confirmer ce jugement - un jugement que résume Marcel Arland dans La Nouvelle Revue française pour qui Félicien Marceau est "un écrivain d'esprit et de talent" qui a "de l'aisance, du piquant, un humour légèrement pincé, un trait net qui précise le personnage, le limite, le pousse parfois à la caricature."
Au théâtre, Félicien Marceau a écrit une pièce qui a fait date, L'OEuf, montée par André Barsacq au Théâtre de l'Atelier en 1956. L'OEuf n'est pas une pièce avec "scènes à faire", mais un monologue illustré de saynètes, dont l'esprit s'apparente à celui du Flaubert du Dictionnaire des idées reçues.
Dans l'ensemble, que ce soit au roman ou au théâtre, l'oeuvre de Félicien Marceau est composée d'histoires ou de scènes cocasses ou sérieuses (tour à tour ou simultanément), avec un humour sans cesse contenu, une gravité toujours contrôlée, mais aussi un mépris de l'effet facile, une délicatesse du trait et de la sensibilité peu communs. On est dans la lignée d'un Somerset Maugham, corrigé par l'humour noir d'un
Marcel Aymé.
Il est par ailleurs auteur de deux ouvrages sur Giacomo Casanova qui ont fait école : Casanova ou l'Anti Don Juan et Casanova ou l'insolente liberté.
Proche des Hussards, Félicien Marceau est lauréat de plusieurs prix littéraires dont le Prix Goncourt en 1969 pour son roman Creezy et le Prix littéraire Prince-Pierre-de-Monaco pour l'ensemble de son oeuvre en 1974.
Il a été élu à l'Académie française le 27 novembre 1975, au fauteuil 21, succédant à
Marcel Achard. Il en est le doyen depuis la mort de Jacqueline de Romilly le 18 décembre 2010.