马廷鸾的父亲马灼生有三子，他排行老二，因伯父马光无子，便过继马光为后，正当马廷鸾七岁时，生父和养父不幸病故，于是马廷鸾三兄弟与母亲相依为命，甘贫力学，既冠乡里，在二十岁时，被乡人聘为童子师。但马廷鸾事母极孝，每当“遇有酒食佳馔，则念母藜霍，不给为之，食不下咽。”艰难困苦，玉汝于成。
马廷鸾有三子：文相、文佑、文丰。宋末文丰因避战乱，迁居揭阳县汤坑（今丰顺县），后来文丰之子马长安又随母由汤坑迁至潮阳兴仁乡米场（今普宁麒麟镇）。不久母逝，又迁移到新兴乡大尖山，北营“马英蓝”处（今成田镇），搭个草寮，耕作兼渔猎。后发现溪尾地多人少，有利谋生发展，遂迁至溪尾（今汕头市潮南区成田镇家美社区家一）定居创业，世代蕃衍。现田中央社区、家美社区共1.7万多人。
马廷鸾取得省元之后，调池州（治今安徽贵池县）教授。宝祐元年（1253），召赴都堂审祭，辞至。次年，调主管户部架阁。宝祐三年（1255）迁太学录，召试馆职。当时，外戚谢堂、厉文翁、内侍卢允升、董宋臣当权。马廷鸾在试策中说：“疆君德，重相权，收直臣，防近习”。其言切中时弊，但得罪了权臣，后改迁秘书省正字。宝祐四年（1256），尤煜提举史事，他器重马廷鸾的才学，将他辟为史馆校勘。当初丁大全（今江苏镇江人，后为右丞相）为浮梁县令，雅慕马廷鸾，并企图拉拢他，马廷鸾不为所动。这时，丁大全已是签书枢密院事。当朝廷轮对时，马廷鸾欲弹劾丁大全。丁大全便指使王持厚去打探情况和居中周旋，要马廷鸾托病不参加轮对，遭到马廷鸾的拒绝，于是丁大全就千方百计劾罢马廷鸾，反而使马廷鸾名重天下。开庆元年（1259），丁大全被罢职，吴潜（今安徽宁国人，嘉定丁丑科状元）复任左丞相，马廷鸾被召为校书郎。景定元年（1260）兼沂靖惠王府教授。后迁枢密院编修官，兼权仑部郎官。景定二年（1261）进著作左郎兼右司，迁将作少监。景定三年（1262），一再请求外调，未获批准。
马廷鸾论贡举三事：“严乡里之举，严台省之复试，访山林之遗逸。”又说：“荒政宜蠲，除被灾州、县租赋之不可得者。”除军器监兼右司，兼太子右谕德，行国子司业兼左司。轮对时，马廷鸾说：“集和平之福者，自陛下之身始，养和平之德者，自陛下之心始。”便兼翰林权直擢秘书少监，升权直学士院。景定四年（1263），擢起居舍人，兼太子右庶子、兼国史院编修官、实录院检讨官。入奏时，他大胆提出：“太史必当谨书灾巽，愿陛下翕受敷施，以壮人才之精神，虚心容纳，以植人言之骨干，念帮本而以公灭私，严边备而思患预防。”这时朝廷又启用董宋臣为相，马廷鸾引何郯之说以进，极言董宋臣不可用，帝从之，荐士二十人，进中书舍人。景定五年（1264），天上出现慧星，马廷鸾上疏，极言天人之际，迁礼部侍郎。
咸淳元年（1265），度宗赵禥即位，闰五月进马廷鸾为端明殿学士，签书枢密院事兼同提举编修《经武要略》。母亲去世，服丧。咸淳三年（1267）十一月，进同知枢密院事，仍兼同提举编修《经武要略》。马廷鸾上言：“培命脉，植根本，崇宽大，行仁厚。”又言：“恢大度以优容，虚圣心而廷宁，推内恕以假借，忍难行而听纳，则情无不达，理无不尽，奸人破胆，直士吐气，天下当可为也。”咸淳四年（1268）四月，兼权参知政事。咸淳五年（1269）正月，马廷鸾进参知政事兼同知枢密院事，同年三月，进右丞相兼枢密使。咸淳八年（1272），因与权相贾似道不合，九次上疏，请求罢政，十一月，马廷鸾免去右丞相，以观文殿大学士知饶州（今江西波阳县）。咸淳九年（1273）十二月，以浙东安抚使知绍兴府。上疏辞免，依旧以观文殿大学士提举临安府洞霄宫。度宗赵槿测怛久之日：“丞相勉为朕留。”马廷鸾说：“臣死亡无日，恐不得见君父，然国事方殷，疆圉孔棘。天下安危，人主不知；国家利害，群臣不知；军前胜负，列阃不知。陛下与元老大臣，惟怀永图，臣死且瞑目。”咸淳十年（1274），恭宗赵显即位。德祐元年（1275）帝召不至，自罢职归家。
马廷鸾之子马端临于咸淳八年以父荫补录事郎。咸淳九年（1273）中漕试第一。为侍奉父亲计，也一同返家，由于马廷鸾多年在馆阁任职，对历史文献资料的收藏和编纂有很丰富的经验。马端临积二十余年的精力，在父亲的指导下，于元大德十一年（1307）著成《文献通考》348卷，这是一部历史巨著。马端临成为宋元之间著名的史学家。
马廷鸾居家后十七年，于元至元二十六年（1289）病逝，终年67岁。他为人厚道，处世精明，终身以“留有余不尽之巧以还造化，留有余不尽之禄以还朝廷，留有余不尽之财以还百姓，留有余不尽之福以还子孙。”这是他的座右铭，他著作有：《碧梧玩昔集》24卷、还有诗、词、传、记等著作。