Née le 29 novembre 1951 à Neuilly-sur-Seine, Tonie Marshall est la fille de l'actrice Micheline Presle et de l'acteur et réalisateur américain William Marshall. Elle est la demi-sœur de l'acteur Mike Marshall, fils unique de l'actrice Michèle Morgan, qui a été la première épouse de son père, et elle est la tante de la jet-setteuse Sarah Marshall.