Als Kind spanisch-französischer Eltern wuchs Marie Noëlle in Frankreich auf und studierte zunächst Mathematik, bevor sie in den 1980er Jahren ins Filmgeschäft einstieg. So gründete sie 1988 gemeinsam mit ihrem Ehemann Peter Sehr die P'Artisan Filmproduktion GmbH und war mit ihm für Regie und Drehbuch des ersten gemeinsamen Spielfilms "…und nicht ein Tohuwabohu" verantwortlich. Auch Peter Sehrs Filme "Das serbische Mädchen" und "Kaspar Hauser", der unter anderem beim Deutschen Filmpreis 1994 mit dem Filmband in Gold ausgezeichnet wurde, entstanden mit Noëlles Beteiligung. 1989 begann sie zudem eine langjährige Zusammenarbeit mit dem Filmemacher Herbert Achternbusch und übernahm so etwa bei "I know the way to the Hofbrauhaus" und "Ab nach Tibet" die Produktionsleitung.

1995 entstand ihr Drehbuch- und Regiedebüt "Ich erzähle mir einen Mann", das für den Max-Ophüls-Preis nominiert wurde. In den folgenden Jahren arbeitete sie mit Sehr bei der deutsch-französischen Produktion "Obsession" und bei "Love the Hard Way" zusammen und war außerdem an Achternbuschs "Picasso in München" und "Das Klatschen der einen Hand" beteiligt.

Bei "Die Frau des Anarchisten", einer epischen Geschichte aus dem Spanischen Bürgerkrieg, der durch Noëlles eigene Familiengeschichte inspiriert wurde, schrieb sie das Drehbuch und führte gemeinsam mit Peter Sehr die Regie. Der Film erhielt 2008 den "Bernhard Wicki Filmpreis – Friedenspreis des Deutschen Films" und erhielt auch internationale Preise. Ende 2012 startete ihre nächste Zusammenarbeit, die filmische Biografie "Ludwig II" in den deutschen Kinos.

Vier Jahre später, im Dezember 2016, kommt die Filmbiografie "Marie Curie" in die Kinos, die das bewegte Leben der berühmten Physik-Nobelpreisträgerin schildert. Der Film, mit der Polin Karolina Gruszka in der Hauptrolle, lief u.a. auch auf zahlreichen (inter-)nationalen Festivals, darunter das Toronto International Film Festival und das New York Jewish Film Festival und wurde auf dem Bayrischen Filmpreis 2017 in den Kategorien Beste Regie und Bestes Szenenbild ausgezeichnet.

Auch in ihrem nächsten Projekt widmete sich Noëlle wieder einer historischen Persönlichkeit. In ihrem Dokudrama "Heinrich Vogeler", zudem im März 2020 die Dreharbeiten begannen, beleuchtet sie das Leben des gleichnamigen Jugendstilmalers und wichtigen Bewohners der Künstlerkolonie Worpswede, der von Selbstzweifeln geplagt in den Ersten Weltkrieg zieht und als veränderter Mensch zurückkehrt. In den Spielfilmszenen mimt Florian Lukas diese zentrale Figur der deutschen Jugendstilbewegung, in den Dokumentarszenen kommen u.a. der Maler Norbert Bisky und die Urenkelin Vogelers, Daniela Platz, zu Wort.

Neben ihrer Tätigkeit als Filmemacherin schreibt Noëlle Romane und Kurzgeschichten und setzt sich für die Kulturförderung ein. So gründete sie 2005 den Verein "Treffpunkt Filmkultur", der sich speziell an Kinder und Jugendliche richtet. Zudem übernimmt sie Lehraufträge und ist seit 2008 an der Hochschule für Fernsehen und Film (HFF) München tätig.