Marc Dugain est né au Sénégal où son père était coopérant. Il est revenu en France à l'âge de sept ans et durant son enfance, il accompagnait son grand-père à La maison des Gueules cassées de Moussy-le-Vieux, château qui avait accueilli les soldats de la Première Guerre mondiale mutilés du visage. Il obtient ensuite son diplôme de l'Institut d'études politiques de Grenoble et travaille dans la finance avant de devenir entrepreneur dans l'aéronautique.
Avant son premier roman, Marc Dugain n'avait jamais écrit, excepté un bon millier de lettres à son amie d'enfance et quasi-sœur, l'écrivain Fred Vargas.
A trente-cinq ans, il commence une carrière littéraire en racontant le destin de son grand-père maternel, "gueule cassée" de la guerre de 14-18 : ce sera "La Chambre des officiers", publié en 1999 et qui le fera connaître. Il obtiendra pas moins de 20 prix littéraires dont le prix des libraires, le prix des Deux-Magots et le prix Roger-Nimier.
Marc Dugain présida le jury du Livre Inter 2009.
Les œuvres récentes les plus remarquées de Marc Dugain sont à ce jour des romans plus étoffés, aux contextes historiques modernes, mais variés: la vie de John Edgar Hoover, chef trouble du FBI pendant quarante-huit ans dans "La Malédiction d'Edgar" (2005), ou les rouages soviétiques et la catastrophe du sous-marin Koursk sous Vladimir Poutine, "Une exécution ordinaire sous Staline" (2007), ou encore "Avenue des géants" qui raconte le destin du tueur en série américain Edmund Kemper.
Il est également chroniqueur aux Echos week-end, réalisateur et scénariste. Il a réalisé plusieurs grandes enquêtes notamment sur le naufrage du sous-marin Koursk et sur le crash du MH 370.
