Di formazione scientifica e con una laurea in chimica, si impone nella seconda metà degli anni 1970 e da allora la sua presenza nel panorama artistico internazionale è costante. Basti pensare alle sue partecipazioni alla Biennale di Venezia (1982, 1986, 1997), a documenta di Kassel (1982, 1992) e al Sonsbeek di Arnhem (1986); alle sue personali presso prestigiose istituzioni artistiche quali De Appel, Amsterdam (1980 e 1984), Centre d’Art Contemporain Genève (1985), Musée Saint-Pierre Art contemporain, Lyon (1987), Magasin, Centre National d’Art Contemporain, Grenoble (1991), Castello di Rivoli (1992), Centro per l’Arte Contemporanea Luigi Pecci, Prato (1995), IVAM, Centre del Carme, Valencia (2000), České Muzeum Výtvarných Umění, Praha (2009), Madre, Museo d’Arte Contemporanea Donnaregina, Napoli (2015); ai suoi passaggi in grandi musei, dalla Galleria Nazionale d’Arte Moderna di Roma al Centre Georges Pompidou di Parigi.

Nel 1981 occupa con una grande installazione la Villa Medicea La Ferdinanda di Artimino, e da lì in poi inizia una serie di interventi in architetture di grande rilevanza storica e spirituale, come, a Firenze, la Cappella Pazzi (1984), la Sala Ottagonale della Fortezza da Basso (1989), l’Abbazia di San Miniato al Monte (1992, 1994, 2012, 2018/2019, 2020), il Forte di Belvedere (2003, 2017), il Giardino di Boboli (2013), la Stazione Leopolda (2014).

Opere di Bagnoli sono nelle collezioni del MAC Lyon dal 1987, del Centro Pecci di Prato dal 1988, del Castello di Rivoli dal 1992, della Collezione Longo a Cassino dal 1994, della Fattoria di Montellori a Fucecchio dal 2011, del Garrison Art Center dal 2013 e del Magazzino Italian Art dal 2017, ambedue nello stato di New York, del Museo MADRE di Napoli dal 2016, della GAM di Torino dal 2019.

Dal 1976 varie opere di Bagnoli sono installate permanentemente nel centro storico, a Palazzo Durini e nella Piantagione Paradise, di Bolognano, Pescara.
Dal 2007 Ascolta il flauto di canna, 1985-2007, e Dacché sono io, entra, 2007, sono nel parco di Villa La Magia a Quarrata.
Dal 2010 Amore e Psiche, 2010, è nel Parco Mediceo di Pratolino a Vaglia.
Dal 2013 Immacolata concezione, 2011, è installata all’interno della filiale di ChiantiBanca in Piazza del Duomo a Firenze.
Da febbraio 2018 la fontana Lʼanello mancante alla catena che non cʼè, 1989-2017, è in piazza Ciardi a Prato.

A giugno 2020 è stata reinstallata, dopo il restauro, la fontana Cinquantasei nomi, 1999-2000, in prossimità dell’ingresso al Castello di Rivoli.
Sempre da giugno 2020 Come figura d’arciere,1993-2019, è nel Molo E dell’Aeroporto Leonardo da Vinci di Fiumicino.

Il 5 maggio 2017 si è aperto a Montelupo Fiorentino l’Atelier Marco Bagnoli, uno spazio multifunzionale, che l’artista concepisce nel suo insieme come un’opera d’arte totale (Gesamtkunstwerk), e che in alcuni dei suoi spazi accoglie l’esposizione temporanea in continua mutazione di sue opere dal 1972 al momento attuale, a cura di Pier Luigi Tazzi.

Nel 2018 è stato pubblicato Germano Celant, Marco Bagnoli, Skira, Milano, una monografia curata da Celant, a cui si deve anche il saggio introduttivo, contenente una cronologia, firmata dallo stesso Celant unitamente ad Antonella Soldaini, che include testi e memorie dell’artista.