มาร์เชนโก้ประเดิมสนามในลีกฮอกกี้คอนติเนนตัล (KHL) ในฤดูกาล 2017–18กับทีม HC Yugra

หลังจากเล่นใน KHL สี่ฤดูกาลกับสโมสรSKA Saint Petersburgซึ่งเป็นสโมสรที่แข่งขันกันอย่างต่อเนื่อง Marchenko เลือกที่จะประกอบอาชีพในอเมริกาเหนือหลังจากฤดูกาล 2021–22โดยตกลงเซ็นสัญญาระดับเริ่มต้นสองปีกับสโมสร Columbus Blue Jackets เมื่อวันที่ 2 พฤษภาคม 2022 ^{[ 4 ]}

หลังจากเข้าร่วมแคมป์ฝึกซ้อมของบลูแจ็กเก็ตส์ มาร์เชนโกถูกส่งตัวไปเล่นให้กับทีมในลีกอเมริกันฮอกกี้ลีก (AHL) อย่างคลีฟแลนด์มอนสเตอร์ส^{[ 5 ]}ใน 16 เกมแรกของเขาใน AHL มาร์เชนโกทำประตูได้ 8 ประตูและทำแอสซิสต์ได้ 11 ครั้ง รวมเป็น 19 คะแนน เขาถูกเรียกตัวกลับมาเล่นใน NHL เป็นครั้งแรกในวันที่ 5 ธันวาคม 2022 ในเกมที่พบกับพิตต์สเบิร์กเพนกวินส์^{[ 6 ]}เขาประเดิมสนามใน NHL ในคืนถัดมา โดยลงเล่น 12 ช่วง รวมเวลาในสนาม 10:03 นาที^{[ 7 ]}หลังจากประเดิมสนามใน NHL เขาทำประตูไม่ได้ในสามเกมถัดมา ก่อนจะทำประตูแรกใน NHL ได้ในเกมที่พบกับลอสแอนเจลิสคิงส์ในวันที่ 11 ธันวาคม^{[ 8 ]}ในวันที่ 7 มกราคม 2023 มาร์เชนโกทำแฮตทริก แรกใน NHL ในเกมที่โคลัมบัสชนะแคโรไลนาเฮอริเคนส์ เขากลายเป็นผู้เล่นหน้าใหม่คนแรกของฤดูกาล 2022–23 ที่ทำแฮตทริกได้ และเป็นคนที่หกในประวัติศาสตร์ของแฟรนไชส์^{​​[ 9 ]}แม้ว่าเขาจะทำประตูไม่ได้ติดต่อกันหกเกมในช่วงกลางเดือนมกราคม แต่เขาก็ทำได้ถึง 13 ประตูจาก 29 เกมแรกของเขา ในวันที่ 11 กุมภาพันธ์ 2023 มาร์เชนโกทำแอสซิสต์แรกใน NHL ในเกมกับโตรอนโต เมเปิล ลีฟส์ ต่อมาเขากลายเป็นผู้เล่นคนที่สามในประวัติศาสตร์ NHL ที่ทำคะแนน 13 แต้มแรกในอาชีพการงานได้จากประตูเพียงอย่างเดียว^{[ 7 ]}หลังจากทำประตูชัยในช่วงต่อเวลาพิเศษในวันที่ 2 เมษายน 2023 มาร์เชนโกกลายเป็นผู้นำของแฟรนไชส์ในด้านจำนวนประตูโดยผู้เล่นหน้าใหม่ด้วย 21 ประตู^{[ 10 ] [ 11 ]}

เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม พ.ศ. 2566 มาร์เชนโกทำแฮตทริกแบบธรรมชาติได้ในการแข่งขันกับบัฟฟาโล เซเบอร์ส^{[ 12 ]}

เมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม พ.ศ. 2567 มาร์เชนโกได้เซ็นสัญญาสามปีมูลค่า 11.55 ล้านดอลลาร์สหรัฐกับโคลัมบัส^{[ 13 ]}