A thermopülai csata színterének és a marathóni csata temetőjének feltárója Lixourionban látta meg a napvilágot. Athénban, Berlinben és Halléban járt egyetemre, majd az Athéni Egyetem tanára és a görög régészet főfelügyelője lett. Ő találta meg a thermopülai csata (i.e. 480) színhelyét, majd a marathóni csatában (i.e. 490) elesettek temetőjét. 1932-ben a Kréta északi partján lévő Amnisszoszban vulkáni horzsakővel kitöltött épületet talált, noha a szigeten sosem voltak tűzhányók. Legjelentősebb munkája Thíra (Szantorin) szigetén egy ókori kikötőváros feltárása volt. Az Égei-tenger déli részén, a Kikládok szigetcsoportban lévő szigeten, Akrotiri község mellett feltárt 20 ezer lakosú, ismeretlen nevű város i.e. 1620-1450 körül pusztult el, amikor a sziget tűzhányója kitört. A katasztrófa az emberi történelem legnagyobb vulkáni robbanása volt, a sziget háromnegyede a tengerbe omlott, az innen származó tajtékkövet Egyiptomban és Izraelben is megtalálták. A sarló alakú maradvány közepén két, ma is aktív vulkáni sziget emelkedik: Palea Kameni és Nea Kameni. A szigetet az ókorban Kallisztének, legszebbnek nevezték. A vulkánkitörésben vélik meglelni az Atlantisz-monda eredetét. Marinatosz 1939-ben vetette fel azt a teóriát, hogy a Szantorintól 110 km-re lévő krétai, un. minószi civilizációt is e robbanás, illetve az azt követő szökőár (cunami) pusztította el. 1980 körül azonban radiokarbon módszerrel kimutatták, hogy Kréta 50-150 évvel később, tűzvész által pusztult el (feltehetően a mükénéiek rohanták le őket). Szantorinon a hamu teljesen belepte a várost, ezért maradt meg annyira jó állapotban, míg lakosai az első földrengések után feltehetően el tudtak menekülni, mivel emberi maradványokat nem találtak. A szigeten a XIX. században német és francia régészek is dolgoztak, Marinatosz 1962-64 közt vizsgálta meg a korábbi helyszíneket, majd 1967. május 25-én kezdett az átfogó kutatásokhoz, amelyek során már az első órákban vázatöredékeket talált. Később emeletes házakat is kiásott, a falakon a mediterrán térség legszebb freskóira bukkant, amelyek a krétai Knosszosz falfestményeit is felülmúlják, leghíresebbek a Fiatal ökölvívók és a Fiatal halász (az athéni Nemzeti Múzeumban láthatók). Emellett korai kükládikus horzsakő szobrok, i.e. VI. századi fekete alakos vázák, valamint óriási agyagedények kerültek elő. A leletek stílusa emlékeztet a krétaiakra, a két bronzkori kultúra nyilvánvaló kapcsolatban állt egymással. Marinatosz a thirai ásatási területen elszenvedett balesete miatt halt meg 1974. október 1-jén. Főműve a Kréta és Mükéné (1959) című könyve, 1968-tól éves jelentésekben számolt be a szantorini ásatásokról.