Marko Letonja ha studiato pianoforte e direzione d'orchestra all'Accademia di Musica di Lubiana e all'Accademia di Musica e Teatro di Vienna. In seguito al suo debutto con la Filarmonica Slovena nel 1987, è stato invitato da molti importanti teatri della Slovenia e all'estero. Ha diretto presso i teatri di Milano, Napoli e Roma, in Spagna, Austria, Germania, nella Repubblica Ceca, in Germania, Ungheria, Giappone, Israele e negli Stati Uniti. Marko Letonja ha collaborato con i più importanti rappresentanti della scena musicale internazionale, tra cui Marjana Lipovsek, Francisco Araiza, Mstislav Rostropovich, Heinrich Schiff, Thomas Quasthoff, Alicia de Larrocha, Stephen Kovacevich, Elisabeth Leonskaya, Vadim Repin, Lazar Berman, David Geringas, Sarah Chang, Josè Cura. Ha diretto alla Scala di Milano, al Teatro San Carlo di Napoli, al Teatro Bellas Artes di Mexico City. Inoltre ha collaborato con l'Orchestra Sinfonica di Vienna, al Vienna Festival, l'Orchestra Sinfonica di Basilea (con Krystian Zimmermann). Le sue collaborazioni includono una nuova produzione di Pique Dame al Teatro di Ginevra, Romeo e Giulia a Roma e Medea a Teatro Nacional Sao Carlos a Lisbona. A Basilea ha diretto e il Tannhäuser al concerto inaugurale della stagione a Basilea. Ha inoltre diretto i Münchner Philharmoniker di Monaco di Baviera, e una nuova produzione dell'opera Pique Dame al teatro di Ginevra. Dopo il successo ottenuto con i suoi concerti e le sue opere a Basilea, Marko Letonja è stato nominato direttore musicale dell'Orchestra Sinfonica e dell'Opera di Basilea. A Basilea ha diretto finora nuove produzioni di Tannhäuser, La traviata, Freischütz, Boris Godunov e Tristano e Isotta. Marko Letonja ha diretto più volte l'Orchestra Sinfonica di Milano Giuseppe Verdi, così nell'aprile 2004, con un programma di Stravinskij e Čajkovskij, e nello scorso aprile, quando ha sostituito Riccardo Chailly in un programma dedicato a Schumann e Beethoven.
Prossimi impegni comprendono concerti con la Melbourne Symphony, l'Orchestre Philharmonique de Strasbourg, la Staatsorchester di Stoccarda, la Filarmonica Slovena, la Filarmonica di Zagabria e l'Orchestra Filarmonica di Brema. A settembre tornerà alla Scala di Milano con un nuovo allestimento di Sancta Susanna di Hindemith, che dirigerà anche al Teatro Sao Carlos di Lisbona. Dirigerà inoltre Rigoletto a Nantes e a Angers, in Francia.