Il est devenu, de son vivant, l'une des figures mythiques du film noir : Révélé en 1953 par Fritz Lang dans le chef d'œuvre du film noir Règlement de comptes : il interprète de manière saisissante un tueur violent et imprévisible.Marqué par ce rôle, il enchaîne dans d'autres très grands films criminels comme le formidable Les Inconnus dans la ville de Richard Fleischer (1955) ou la même année Un homme est passé, le classique de John Sturges. Notons, une autre série B spectaculaire : La Peur Au Ventre de Stuart Heilser encore en 1955.Il incarne à nouveau un inoubliable tueur dans À bout portant de Don Siegel en 1964. Série B nerveuse et violente très éloignée du classique de Robert Siodmak en 1946.

Il trouve enfin en 1967, un rôle sommet avec le deuxième film de John Boorman : le mythique Point de non-retour. Fantômatique et énigmatique, il est Walker. Figure abstraite : il y joue un mort revenu (le temps d'un film) à la vie. Boorman dira qu'il s'agissait pour lui de réaliser "un documentaire sur le visage de Lee Marvin".Après ce sommet, il ne lui restera plus qu'à décliner ce rôle mythique(encore?!) sur un mode parodique avec : Carnage (1972) de Michael Ritchie et son remake français : Canicule d'Yves Boisset (1982).