Marshall Gilkes est né à Camp Springs, dans le Maryland, au sein d'une famille de musiciens ; sa mère était chanteuse classique et pianiste, et son père était chef d'orchestre de l'Air Force Academy Band. En raison de la profession militaire de son père, Gilkes a eu une enfance plutôt itinérante à Washington D.C., dans le New Hampshire, le New Jersey, l'Alabama, l'Illinois et le Colorado.
Gilkes a reçu sa première formation musicale à l'Interlochen Arts Academy, à l'Université du Colorado du Nord et à l'Université William Patterson. Il est titulaire d'une licence en musique de la Juilliard School. Parmi ses professeurs figurent Joseph Alessi, Conrad Herwig, Bud Baker, Ed Neumeister et Wycliffe Gordon.
En 2003, Marshall Gilkes a été finaliste du Thelonious Monk International Jazz Competition.
Gilkes joue actuellement dans le Maria Schneider Orchestra et le David Berger's Sultans of Swing. Il est également membre du trio internationalement acclamé Edmar Castañeda Trio. Son expérience de la scène englobe un large éventail de styles musicaux ; il s'est produit avec le Village Vanguard Orchestra, le Duke Ellington Orchestra, Stanley Turrentine et Benny Golson. Dans la communauté de la musique latine, il a joué avec Machito, Giovanni Hidalgo, Chico O’Farrell, Tito Nieves, le Big 3 Palladium Orchestra, Raulin Rosendo, Ray Sepulveda, Eddie Santiago, Jose Alberto et Iroko La Banda. De plus, il a joué lors des tournées nationales et japonaises de 2000-2001 de la comédie musicale de Broadway "Swing!".
Gilkes a beaucoup tourné en Europe, en Asie, en Amérique latine et en Amérique du Sud. Ses engagements passés incluent l'Umbria Jazz Festival, le Vienna Jazz Festival, le JVC Jazz Festival, le Telluride Jazz Festival, le Panama Jazz Festival, le Lincoln Center, l'Orchard Hall de Tokyo et le Conservatoire de Moscou.