В 6 лет Вос начала заниматься шоссейным велоспортом, через 2 года стала участвовать в гонках. Затем она также стала заниматься велокроссом, а ещё позже — маунтинбайком. Марианна не раз поднималась на подиум юниорских гонок, сначала достигая основных успехов в велокроссе. В 2004 году она выиграла чемпионат мира среди юниорок в групповой гонке, в следующем сезоне стала чемпионкой Нидерландов в этой же дисциплине и в маунтинбайке. В 2006 году Вос подписала контракт с Rabobank Women, и в дебютном же сезоне добилась впечатляющих результатов: выиграла взрослые чемпионаты мира в групповой гонке и велокроссе. Тогда же она впервые стала победительницей чемпионата Нидерландов в групповой гонке, что ей также удавалось делать в 2009—2011 годах. В 2007 году Вос была наиболее успешной спортсменкой, выиграв Кубок мира. За 6 лет она четырежды первенствовала в этом рейтинге. Весной Марианна выиграла свою первую классическую велогонку, женскую Флеш Валонь, что позже удавалось ей не раз. В том же сезоне она впервые завоевала серебряную медаль чемпионата мира в групповой гонке, что положило начало уникальной серии: 5 вторых мест подряд в этой гонке.
В марте 2008 года Вос выиграла гонку по очкам на чемпионате мира. На Пекинской Олимпиаде она снова выиграла эту гонку (за счёт круга дистанционного преимущества), в то время как на шоссе стала только 6-й. В 2009 году Марианна во второй раз стала чемпионкой мира в велокроссе, и с того момента удерживает титул. В 2011 году, когда единственным женским Гранд Туром осталась Джиро д’Италия, Вос выиграла эту гонку. Годом позже она повторила этот успех, причём снова выиграла 5 этапов.
На Олимпийских играх 2012 года нидерландка выиграла групповую гонку, одолев спринте из отрыва Лиззи Армитстед и Ольгу Забелинскую. Через 2 месяца Вос завершила печальную для неё серию, во второй раз став чемпионкой мира на шоссе. В 2013 году Вос вновь победила в групповой гонке на чемпионате мира, опередив серебряного призёра на 15 секунд. Таким образом, Марианне стала призёром в групповой гонке на 8-м чемпионате мира подряд (3 золотые и 5 серебряных). Также на чемпионате мира 2013 года стала серебряным призёром в командной в гонке в составе нидерландской команды Rabobank-Liv Giant.
.jpg)
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
