В 2011 году Петренко сыграла главные роли в мини-сериалах «20 лет без любви» и «Группа счастья». В то же время она сыграла Екатерину Сомову в шестом сезоне детектива «Каменская», Катю Минскую в мелодраме «Только ты» и княгиню Урусову в фильме-фреске «Сплит». В 2012 году Марина Петренко снялась в полнометражной комедии «Джентльмены, удачи!», в сериалах «В поисках тебя», «Бигль» и «Человек ниоткуда».
