No final dos anos 1960, abriu uma boutique em Ipanema, na Zona Sul do Rio, a Truc, que fazia a ponte com as novidades lançadas em Londres. Como a irmã, Maria Lúcia Dahl, e vários amigos estavam exilados, ela viajava sempre à Europa e trazia peças originais para desenvolver coleções no Brasil. A loja fez enorme sucesso. Tempos depois, passou o ponto da Truc e foi trabalhar na Obvious, loja da amiga Zelinda Lee, com quem diz ter complementado a sua formação de moda. Foi dali que partiu para a Globo, indicada pela atriz e amiga Dina Sfat ao diretor Daniel Filho.

Marília Carneiro estreou na Globo na novela 'Os Ossos do Barão' (1973), de Jorge Andrade. E revolucionou o processo de produção de figurinos ao fazer o link com a moda, selecionando peças prontas para serem usadas em cena. Na época, todos os figurinos de teledramaturgia eram confeccionados pelo setor de costura da própria emissora e não havia a prática de “garimpar” roupas em lojas, o que Marília Carneiro achava que daria mais agilidade às produções. Em seu primeiro trabalho na emissora, ela teve de driblar as dificuldades enfrentadas pela introdução da cor na TV, encontrando uma série de limitações no uso de estampas, listras e cores. 'Os Ossos do Barão' foi a segunda novela a cores da emissora.

Marília também encontrou um desafio na novela 'O Rebu' (1974), de Bráulio Pedroso, cuja trama se passa em apenas uma noite e os personagens usam um único figurino ao longo de toda a história. Já na primeira versão de 'Pecado Capital' (1975), de Janete Clair, a figurinista usou do recurso de trocar roupas novas por velhas com os moradores do bairro do subúrbio onde a novela foi gravada, para conferir maior realismo à trama. Mais de 20 novelas, oito minisséries, além de passagens pelo humorístico 'TV Pirata' (1988) e pelo seriado 'Mulher' (1998) – o primeiro a ter um episódio totalmente gravado em alta definição – fazem parte da trajetória da figurinista, a veterana da área de figurinos da Globo, formadora de discípulas ao longo dos anos.

Entre seus trabalhos, estão as primeiras minisséries realizadas na emissora: 'Lampião e Maria Bonita' (1982), de Aguinaldo Silva e Doc Comparato, e 'Quem Ama Não Mata' (1982), de Euclydes Marinho.

Marília Carneiro também fez os figurinos da novela 'Gabriela' (1975), adaptada por Walter George Durst do original de Jorge Amado. Para compor o visual dos personagens, pesquisou em Ilhéus, na Bahia, fotografias de moradores da região que pudessem ser usadas como referências na criação de roupas e acessórios. Deu a ideia de besuntar a protagonista Sônia Braga com óleo, para que ela ganhasse um aspecto sujo e suado e, dessa forma, correspondesse à expectativa do diretor Walter Avancini com a caracterização dos personagens.

Muitas minisséries bem-sucedidas integram o currículo da figurinista, como 'Rabo de Saia' (1984), inspirada em 'Pensão Riso da Noite', de José Condé, cujo roteiro final é de Walter Avancini; 'Tenda dos Milagres' (1985), que Aguinaldo Silva escreveu com base na obra homônima de Jorge Amado; e as produções históricas 'Anos Rebeldes' (1992), de Gilberto Braga – quando Marília Carneiro reproduziu nos figurinos os anos da bossa nova e da ditadura militar –, e 'A Casa das Sete Mulheres' (2003), de Maria Adelaide Amaral e Walther Negrão, livremente adaptada da obra de mesmo nome de Letícia Wierzchowsky, que abordou o movimento farroupilha no Rio Grande do Sul e mostrou personagens como o líder gaúcho Bento Gonçalves, e os revolucionários Giuseppe e Anita Garibaldi.

Quando se fala em Marília Carneiro, logo vem à tona a moda lançada pelas novelas. Desde que caracterizou a atriz Sônia Braga com meias coloridas de lurex e sandálias de salto fino na cena em que a personagem Júlia Mattos aparece repaginada na novela 'Dancin’ Days' (1978), de Gilberto Braga, seu nome ficou associado às tendências da moda. O modelito virou febre entre as jovens brasileiras. Mas muitos outros modismos fizeram a cabeça do público ao longo de sua carreira, como o inesquecível lenço usado no pescoço por Vera Fischer na novela 'Brilhante' (1981), de Gilberto Braga. O acessório foi criado para disfarçar o corte de cabelo da atriz, curto e frisado, que não agradou ao público e teria incomodado até o compositor Tom Jobim, autor da canção de abertura, 'Luiza', feita especialmente para a personagem. Já na novela 'Rainha da Sucata' (1990), deu ibope o penteado de Regina Duarte, a intérprete da protagonista Maria do Carmo: cabelo preso com um laçarote na nuca.

Em 1995, a figurinista vestiu os personagens da primeira novela gravada inteiramente na Central Globo de Produção (Projac), 'Explode Coração', de Gloria Perez, cuja protagonista fazia parte de uma família de ciganos. Também fizeram sucesso os véus, panos e olhos realçados com sombra e cajal, popularizados pela personagem Jade (Giovanna Antonelli) na novela 'O Clone' (2001), outra de Gloria Perez, cuja segunda fase teve figurinos assinados por Marília. Sem esquecer de 'Uga Uga' (2000), de Carlos Lombardi, que impulsionou o sucesso dos tererês usados pela personagem de Mariana Ximenes, e de 'Celebridade' (2003), de Gilberto Braga, em que Malu Mader e Deborah Secco catalisaram as atenções: a primeira, desfilando com terninhos brancos, batas e um vestido de festa, usado em uma das cenas mais marcantes da trama, que arrebatou as telespectadoras; a outra, vestida como uma Lolita moderna, com microssaias, blusinhas justas, meias coloridas e sandálias de salto grosso.

Já em 'América' (2005), também de Gloria Perez, que Marília assinou com Maíza Jacobina, os figurinos retrataram o universo dos rodeios e imigrantes ilegais, na primeira novela a ter cenas externas gravadas em alta definição. Na Globo, assinou ainda a criação dos figurinos das novelas 'Páginas da Vida' (2006), de Manoel Carlos, com Christina Gross; 'Desejo Proibido' (2007), de Walther Negrão, em parceria com Paulo Lois; 'Caras & Bocas' (2009), de Walcyr Carrasco,com Lúcia Daddario; e 'Guerra dos Sexos' (2012), de Silvio de Abreu.

Em 2010, Marília Carneiro desenvolveu, junto com sua equipe, o figurino da minissérie 'Dalva e Herivelto', uma Canção de Amor, de Maria Adelaide Amaral. No mesmo ano, o figurino foi peça central da trama de 'Ti-Ti-Ti', como havia acontecido em sua versão original, exibida em 1985. Na adaptação escrita por Maria Adelaide Amaral, Marília Carneiro compôs o visual das personagens que viviam em torno da moda, como o extravagante Jacques Leclair (Alexandre Borges) e o ousado Victor Valentim (Murilo Benício).

Ao longo dos anos, Marília Carneiro continuou a fazer os figurinos de várias produções cinematográficas, algumas delas em parceria com outros figurinistas. Ela trabalhou em 'O Casal' (1975), de Daniel Filho; 'Gordos e Magros' (1976), de Mário Carneiro; 'Revólver de Brinquedo' (1977), de Antonio Calmon; 'O Bom Marido' (1978), de Antonio Calmon; 'A Dama do Lotação' (1978), de Neville de Almeida; 'Os Paspalhões em Pinóquio 2000' (1980), de Victor Lima; 'O Cangaceiro Trapalhão' (1983), de Daniel Filho; 'For All – O Trampolim da Vitória' (1997), de Buza Ferraz e Luiz Carlos Lacerda; 'Villa-Lobos – Uma Vida de Paixão' (2000), de Zelito Viana; 'A Partilha' (2001), de Daniel Filho; 'O Xangô de Baker Street' (2001), de Miguel Faria Jr.; 'Harmada' (2003), de Maurice Capovilla; 'Sexo, Amor e Traição' (2004), de Jorge Fernando; 'Mais Uma Vez Amor' (2005), de Rosane Svartman; 'Vinicius' (2005), de Miguel Faria Jr.; 'Muito Gelo e Dois Dedos D´água' (2006), de Daniel Filho; 'Primo Basílio' (2007), de Daniel Filho; 'A Guerra dos Rocha' (2008), de Jorge Fernando; 'Se Eu Fosse Você 2' (2009) e 'Tempos de Paz' (2009), ambos de Daniel Filho. Também fez parte da equipe de figurino de 'Luar sobre Parador' (1988), de Paul Mazursky; a direção de arte de 'Gente Fina é Outra Coisa' (1977), de Antonio Calmon.