Deixeble del seu pare, Joan Vilatobà Fígols, estudià a Mallorca i freqüentà l'escola de Llotja, on tingué com a mestres Borràs Abella i Fèlix Mestres. Amb divuit anys celebrà la primera exposició a l’Acadèmia de Belles Arts de Sabadell. Aquest mateix any, 1925, va prendre part al Premi Masriera i guanyà la medalla d'argent. En la següent edició del Premi el 1926 va obtenir la Medalla d'or.

L'obra de Vilatobà es caracteritza per una clara predilecció pels retrats, a través dels quals traspua la influència dels impressionistes francesos, especialment de Renoir.

El 1928 participà al Saló de Tardor i el 1930 realitzà la primera individual a Barcelona a la Sala Parés. El 1935 i 1936 exposà novament a la ciutat comtal, a les Galeries Syra i Barcino, respectivament. Durant aquests anys viatjà a París i a Madrid i féu curtes estades a Tossa.

Arran de la Guerra Civil marxà a Perpinyà, on va viure fins el 1940 i on féu dues exposicions, l’una a la Sala Aragó i l'altra a la d’Art Vivent.

L’any 1948 marxà cap a Buenos Aires. Abans l’Acadèmia de Belles Arts de Sabadell li organitzà un sopar de comiat i el nomenà soci d’honor. Poc després, s’instal·là a Mèxic, on va viure fins que es va morir. La correspondència que es conserva de l’estada en aquest país posa de manifest l’enyorança que sentia per Catalunya i pel seu paisatge.

El MAS conserva unes vuitanta obres de Màrius Vilatobà; cal destacar el recent ingrés de quasi cinquanta obres, entre dibuixos i pintures, en forma de donació, compra i comodat, procedents de la neboda de l’artista, Isabel Vilatobà. Dues es poden veure a l’exposició permanent, la resta, formada per retrats i paisatges, que eren els seus temes predilectes, es troben a la reserva.