Marco Di Vaio (Rome, 15 juli1976) is een voormalig Italiaansevoetballer die als aanvaller speelde voor het in de MLS uitkomende Montreal Impact. Di Vaio speelde 14 interlands voor Italië in de periode 2001-2004, waarin hij twee keer wist te scoren.
In de loopbaan van de fysiek sterke spits speelde hij bij veel clubs. Tot aan 2007 speelde hij voor Lazio, Hellas Verona, AS Bari, Salernitana, Parma FC, Juventus, Valencia CF en AS Monaco. Bij Juventus maakte hij in het seizoen 2003/04 11 goals in 29 wedstrijden. Hij was echter nooit een vaste waarde, daar David Trezeguet en Alessandro del Piero de voorkeur kregen. Een transfer naar Valencia CF was het gevolg. Zijn eerste seizoen in Spaanse dienst leverde 11 goals op in 30 wedstrijden. Het daaropvolgende seizoen was minder succesvol voor de Italiaan, aangezien Patrick Kluivert en David Villa de gelederen kwamen versterken. Hij verloor zijn basisplaats en verliet de club halverwege het seizoen voor het Franse AS Monaco.
Ook zijn Franse periode was geen onverdeeld succes. Na dertig wedstrijden en slechts 8 goals keerde Di Vaio aan het begin van het seizoen 2006/07 weer terug naar Italië en sloot zich aan bij Genoa CFC dat op dat moment in de Serie B speelde. Na de promotie naar de Serie A speelde Di Vaio nog een seizoen voor Genoa, en maakte daarna de transfer naar Bologna FC. Daar speelde hij een belangrijke rol in het lijfsbehoud voor de club, door 24 keer te scoren in 38 wedstrijden. In 2012 ging hij naar Montreal Impact.