Figlio di Zenobi da Gagliano (ora Galliano, frazione di Barberino di Mugello), alla fine del XVI secolo era maestro d'intaglio e solo successivamente studiò musica, con Luca Bati, maestro di cappella della Basilica di San Lorenzo di Firenze, cominciando a sostituirlo nel 1602, per succedergli definitivamente alla sua morte (1608).

Canonico di San Lorenzo nel 1609, quindi Protonotario Apostolico (1614), verso il 1611 venne nominato maestro di cappella alla corte dei Medici. Fu uno dei principali fondatori dell'Accademia degli Elevati (1607) a Firenze col nome di "Affannato" o "Affanno", insieme a personalità quali Ottavio Rinuccini e Jacopo Peri. Collaborò spesso con Jacopo Peri e Francesca Caccini per la composizione delle musiche per balli, mascherate e altri trattenimenti per i carnevali fiorentini della corte dei Medici.

Per gli incarichi di prestigio ricoperti fin dalla giovane età e la lunga collaborazione nelle manifestazioni musicali allestite dalla corte medicea, Marco da Gagliano fu con Jacopo Peri e Giulio Caccini una delle personalità di primo piano nella Firenze dei primi decenni del seicento, ultimo periodo nel quale la corte granducale poté brillare quale centro produttivo di spettacoli fastosi e promotrice di nuove creazioni musicali.

Fu tra i compositori che elaborarono il nuovo stile rappresentativo nella musica, quella particolare unione di parola e musica chiamata Recitar cantando.

Invitato nel 1607 dalla corte di Mantova a comporre un'opera per le nozze di Francesco IV Gonzaga con Margherita di Savoia, poi rinviate al maggio dell'anno seguente, scrisse La Dafne (rappresentata nel carnevale 1608), per i festeggiamenti in onore del Cardinale Ferdinando Gonzaga, suo protettore. L'opera si avvaleva del libretto che Ottavio Rinuccini aveva scritto per l'opera omonima di Jacopo Peri rappresentata a Firenze nel 1598, riadattato dal poeta stesso.

Nel 1624 ebbero la prima assoluta a Firenze le opere Rappresentazione del Angiolo Raffaello in Piazza Santa Maria Novella e La regina Sant'Orsola nel Palazzo Uffizi. Vent'anni dopo La Dafne, Gagliano scrisse un'altra opera, La Flora, rappresentata nel Palazzo Uffizi a Firenze nel 1628 in occasione delle nozze di Margherita de' Medici con Odoardo I Farnese. Jacopo Peri vi collaborò per la parte di Clori.

Gagliano divenne nel 1609 canonico della Basilica di San Lorenzo di Firenze e, alla sua morte, avvenuta il 25 febbraio 1643, ebbe sepoltura fra i canonici.