Fin da giovane è esponente del Partito Comunista Italiano, con cui viene eletto consigliere comunale a Varese nel 1985 e confermato nella carica nel 1990. Dopo la svolta della Bolognina aderisce al Partito Democratico della Sinistra, con il quale viene rieletto consigliere comunale e svolge anche il ruolo di assessore[1].
Riconfermato alla Camera dopo le elezioni politiche del 2013 nelle file del PD, ha ricevuto 6 voti al primo scrutinio per l'elezione del Presidente della Camera. Diventa successivamente Tesoriere del gruppo PD alla Camera in sostituzione di Matteo Mauri, nominato vicecapogruppo vicario.
Nel 2015 si candida poi alle primarie del centro-sinistra per la scelta del candidato sindaco di Varese. Tuttavia per 29 voti viene sconfitto da Davide Galimberti, eletto successivamente sindaco di Varese. Con 859 voti Marantelli ottiene il 32%, dietro a Galimberti (33%) e davanti a Zanzi (21%) e De Simone (14%). Rimane parlamentare fino alla scadenza della XVII Legislatura, nel marzo 2018.
Nel PD è stato esponente della corrente democratica Rifare l'Italia (Giovani Turchi), che fa capo a Matteo Orfini.
