Tema teadustöö uurimisvaldkondadeks on Eesti varasem ajalugu (12.–14. sajand), keskaja Euroopa kultuurilugu (12.–14. sajand), kultuurimälu-uuringud, ajalooteooria ja ajalookirjutuse ajalugu.
Aastatel 1997–2007 ilmus Varraku kirjastuses tema toimetamisel raamatusari "Ajalugu. Sotsiaalteadused."
Marek Tamm on õpetanud Eesti Humanitaarinstituudis ja seejärel Tallinna Ülikoolis alates 1997. aastast. Alates 1. septembrist 2015 on ta Tallinna Ülikooli humanitaarteaduste instituudi korraline kultuuriajaloo professor. Aastatel 2010–2020 oli ta Tallinna Ülikooli Ajaloo, arheoloogia ja kunstiajaloo keskuse vanemteadur (0,50). Märtsis–mais 2015 oli ta külalisteadur School of Slavonic and East European Studies'is (University College London). Augustis–detsembris 2015 Kone Foundation teadur Helsinki Collegium for Advanced Studies'is. September–detsember 2016 oli ta külalisteadur Centre for Advanced Study at the Norwegian Academy of Science and Letters'is. Oktoobris–novembris 2023 oli ta külalisteadur Stanfordi Ülikoolis.
Marek Tamm on 1999. aastast kirjastuse Varrak teadustoimetaja, 2000. aastast ajakirja Vikerkaar toimetaja, 2017. aastast ajakirja Journal of the Philosophy of History toimetaja ja 2020. aastast ajakirja Acta Historica Tallinnensia peatoimetaja.
Marek Tamm oli 2014–2018 Eesti Teadusagentuuri hindamisnõukogu liige; 2015–2018 selle aseesimees. Alates 2015. aastast on Tallinna Ülikooli kultuuridevaheliste uuringute tippkeskuse juhataja. Alates 2021. aasta oktoobrist Teadus- ja Arendusnõukogu liige.
Marek Tamm on 2020. aastast Tallinna Ülikooli nõukogu liige.
2021. aasta detsembris valiti Marek Tamm Eesti Teaduste Akadeemia liikmeks kultuuriajaloo erialal. Ta kuulub akadeemias humanitaar- ja sotsiaalteaduste osakonda, on akadeemia kirjastusnõukogu ja hariduskomisjoni liige.[1]
4. detsembril 2024 valiti ta Eesti Teaduste Akadeemia üldkogu istungil TA asepresidendiks.
Les miracles en Livonie et en Estonie à l'époque de la christianisation (fin XIIème–début XIIIème siècle). – Jüri Kivimäe, Juhan Kreem (toim). – Quotidianum Estonicum: Aspects of Daily Life in Medieval Estonia, Krems1996, lk 29–78.
Imeteod ristiusustamisaegsel Liivi- ja Eestimaal: XII sajandi lõpp – XIII sajandi algus, Tallinn: Tallinna Linnaarhiiv 1996
Culture ecclésiastique et culture folklorique dans la Livonie médiévale: échos des exempla dans les contes populaires estoniens. – Études finno-ougriennes, 1996, kd 28, lk 18–46.
Exempla and folklore: popular preaching in medieval Estonia and Finland. – Studies in Folklore and Popular Religion = Töid folkloori ja rahvausundi alalt, 1999, lk 169–183.
Pühakud ja seestunud. Eksortsismiriitused keskaegses Euroopas (11.–13. sajand). – Sator 2. Artikleid usundi- ja kombeloost, 2000, kd 2, lk 71–87. Veebiversioonid
(kaastoimetaja Pille Petersoo) Monumentaalne konflikt. Mälu poliitika ja identiteet tänapäeva Eestis. Tallinn: Varrak, 2008.
(koostaja ja toimetaja) Humanitaarteaduste metodoloogia: uusi väljavaateid. Tallinn: Tallinna Ülikooli Kirjastus, 2011.
(kaastoimetajad Linda Kaljundi ja Carsten Selch Jensen) Crusading and Chronicle Writing on the Medieval Baltic Frontier: A Companion to the Chronicle of Henry of Livonia. Farnham: Ashgate Publishing, 2011.
Monumentaalne ajalugu. Esseid Eesti ajalookultuurist, Loomingu Raamatukogu 28–30, 2012.
(koostaja ja toimetaja) Keskaja kirjanduse antoloogia. Kd. 1: Ladinakeelne kirjandus. Tallinn: Varrak, 2013.
Hiiglaste õlgadel: Intellektuaalsed portreed. Tallinn: Eesti Keele Sihtasutus, 2014.
(koostaja ja toimetaja) Afterlife of Events: Perspectives of Mnemohistory. Houndmills, Basingstoke: Palgrave Macmillan, 2015.
(koostaja ja toimetaja) Kuidas uurida kultuuri? Kultuuriteaduste metodoloogia, Tallinn: Tallinna Ülikooli Kirjastus, 2016.
(koostaja ja toimetaja) Debating New Approaches to History (koos Peter Burke'iga), London: Bloomsbury Academic, 2018.
(koostaja ja toimetaja) Rethinking Historical Time: New Approaches to Presentism (koos Laurent Olivier'ga), London: Bloomsbury Academic, 2019.
(koostaja ja toimetaja), Juri Lotman – Culture, Memory and History: Essays in Cultural Semiotics, Cham: Palgrave Macmillan, 2019.
(koostaja ja toimetaja), Making Livonia: Actors and Networks in the Medieval and Early Moden Baltic Sea Region, (koos Anu Mänd'iga), London and New York: Routledge, 2020.
(koostaja ja toimetaja), Cultural History of Memory in the Early Modern Age (koos Alessandro Arcangeli'ga), London: Bloomsbury Academic, 2020.
(koostaja ja toimetaja), The Companion to Juri Lotman: A Semiotic Theory of Culture (koos Peeter Toropiga), London: Bloomsbury Academic 2022.
(saatesõna), "Inimolu viletsusest", Tallinn: Tallinna Ülikooli kirjastus 2022.
The Fabric of Historical Time (kaasautor Zoltán Boldizsár Simon), Cambridge: Cambridge University Press, 2023.
