Ukończył Wydział Reżyserii Filmowej PWSFTViT. Jego debiutem telewizyjnym był Zad wielkiego wieloryba; świetnie przyjęty przez krytykę stał się swoistym manifestem pokoleniowym generacji „dzieci stanu wojennego”. W 1990 roku w konkursie głównym Festiwalu w Wenecji pokazał swój debiut fabularny – Pożegnanie jesieni wg prozy Witkacego. Film ten, licznie nagradzany, był jednym z najbardziej spektakularnych wydarzeń w kinematografii polskiej lat 90. W latach 1993-1996 reżyserował Łagodną na motywach opowiadania Dostojewskiego (nagroda na Festiwalu w Moskwie i Festiwalu Polskich Filmów w Gdyni) oraz spektakle telewizyjne. Jego ostatni film, Egoiści, miał swoją premierę również w Gdyni (2000), wywołał gorące dyskusje i stał się jednym z największych wydarzeń festiwalu. Reżyser mówił o nim, że ze wszystkich filmów, które do tej pory nakręcił, „ten jest chyba najbardziej niebezpieczny”.

Debiut operowy Mariusza Trelińskiego przypadł na rok 1996, kiedy to na zamówienie Festiwalu „Warszawska Jesień” wyreżyserował jednoaktówkę Elżbiety Sikory Wyrywacz serc według prozy Borisa Viana, wystawioną później w paryskim Centre Pompidou. W 1999 roku na scenie Opery Narodowej odbyła się premiera jego głośnej inscenizacji Madame Butterfly Pucciniego ze scenografią Borisa Kudlički, z którym odtąd stale współpracuje. Spektakl zaprezentowany w Waszyngtonie, Petersburgu, Walencji i Tel Awiwie rozpoczął światową karierę reżysera. Od tej pory Treliński stale pracuje na najważniejszych scenach świata, mając u boku dyrygentów tej miary, co: Daniel Barenboim, Kent Nagano, Lorin Maazel, Valery Gergiev i Carlo Rizzi. „To jeden z najpiękniejszych spektakli, jakie kiedykolwiek widziałem w życiu” – tak skomentował Madame sam Plácido Domingo. Kolejne inscenizacje w Warszawie to: Król Roger Szymanowskiego (2000), Otello Verdiego (2001), Oniegin Czajkowskiego (2002) i Don Giovanni Mozarta (2002; Los Angeles, 2003), za tę ostatnią realizację otrzymał Nagrodę Krytyki Artystycznej im. Cypriana Kamila Norwida. W 2001 został laureatem Nagrody im. Karola Szymanowskiego za reżyserię Króla Rogera; otrzymał też Paszport „Polityki” za „nowoczesne, inteligentne, trafiające do współczesnego widza realizacje oper”. Później reżyserował także Damę pikową Czajkowskiego w berlińskiej Staatsoper Unter den Linden pod dyrekcją Daniela Barenboima z Plácido Domingo w roli Hermana (2003), operę Giordana Andrea Chénier (Washington Opera 2004, TW-ON 2005) i La Bohème Pucciniego (TW-ON 2006, Washington Opera 2007). W 2006 otrzymał Nagrodę im. Konrada Swinarskiego, przyznaną przez miesięcznik „Teatr” za reżyserię Andrei Chénier i La Bohème w warszawskiej Operze Narodowej. Rok później stworzył nową inscenizację Króla Rogera w Teatrze Maryjskim pod batutą Valery’ego Gergieva, pokazał ją też na Festiwalu Teatralnym w Edynburgu. Następnie zrealizował Borysa Godunowa Musorgskiego w Wilnie (premiera w TW-ON 2009) oraz Orfeusza i Eurydykę Glucka w Słowackim Teatrze Narodowym w Bratysławie (2008, koprodukcja TW-ON 2008), gdzie opera został okrzyknięta przez krytykę „najciekawszą produkcją” na słowackiej scenie narodowej. W 2009 roku w Teatrze Maryjskim i na Festiwalu w Baden-Baden odbyła się premiera jednoaktówek: Aleka Rachmaninowa i Jolanty Czajkowskiego pod batutą Gergieva z Anną Netrebko i Piotrem Beczałą w rolach głównych. Polską sceną wstrząsnęła realizacja Traviaty Verdiego (2010), którą Treliński osadził w duchu znanego filmu Boba Fosse’a All That Jazz. Ta XX-wieczna interpretacja jednej z najsłynniejszych oper świata ugruntowała jego pozycję jako jednego z najwybitniejszych współczesnych reżyserów operowych. Następnie zrealizował Turandot Pucciniego (TW-ON 2011), Latającego Holendra Wagnera, Manon Lescaut, koprodukcję z teatrami La Monnaie i Cardiff. W swojej produkcji, thrillerze operowym nawiązującym do poetyki filmów grozy połączył dwie baśnie: Jolantę Czajkowskiego i Zamek Sinobrodego Bartóka (koprodukcja z Metropolitan Opera). Jego Boulevard Solitude Henzego (Welsh National Opera 2014) został okrzyknięty przez „The Times” „lepszym niż doskonałość”, z kolei produkcja Salome Straussa (Teatr Narodowy w Pradze 2014) jest uważana za „głęboką i niepokojącą, rozmyślną i niebywale efektowną”. W styczniu 2015 roku Mariusz Treliński zaprezentował Jolantę/Zamek Sinobrodego na najważniejszej scenie operowej świata – Metropolitan Opera. Dyptyk operowy z Anną Netrebko i Nadją Michael w rolach głównych został uznany przez „The New York Times” za „wyjątkowo udaną i przekonującą produkcję”, natomiast pomysł połączenia obu tytułów — za „niezwykły i fascynujący”. W maju tego samego roku Treliński zrealizował Powder Her Face Thomasa Adèsa – operę kameralną jednego z najważniejszych współczesnych kompozytorów brytyjskich. Spektakl, który powstał w koprodukcji z La Monnaie, został następnie zaprezentowany w brukselskich Halles de Schaerbeek, a w 2016 roku reżyser otrzymał za niego Prix de l’Europe Francophone przyznawaną przez Association Professionnelle de la Critique Théâtre, Musique et Danse. W sezonie 2015/16 Treliński wystawił w TW-ON znaną już praskiej publiczności Salome Straussa. Niemal równolegle poznaliśmy jego inscenizację Tristana i Izoldy Wagnera – wyjątkowe zamówienie Metropolitan Opera, które zostało zrealizowane kolejno w Baden-Baden (marzec 2016), Warszawie (czerwiec 2016), Nowym Jorku (otwarcie sezonu 2016/2017) i Pekinie (sierpień 2017). Po sukcesie w Metropolitan Opera, Jolantę w inscenizacji Mariusza Trelińskiego widzowie we Florencji mogli oglądać w kwietniu 2016 podczas prestiżowego Festiwalu Maggio Musicale Fiorentino w Opera di Firenze. W 2017 roku zrealizował Umarłe miasto Korngolda w Teatrze Wielkim - Operze Narodowej (koprodukcja: La Monnaie/De Munt, Bruksela). W 2016 roku Mariusz Treliński otrzymał nominację, a w 2018 roku prestiżową nagrodę International Opera Award w kategorii „najlepszy reżyser operowy”.

fot. Robert Wolański / Sony