Gefördert vom Fürsten Joachim Ernst von Brandenburg-Ansbach erhielt er eine umfassende Ausbildung, auch in Mathematik und Astronomie.
1596 beobachtete er intensiv einen hellen Kometen am Himmel, ebenso acht Jahre später eine Supernova – das alles noch ohne Teleskop.
1609 richtete er praktisch zeitgleich mit Galileo Galilei ein Fernrohr an den Himmel – und entdeckte unabhängig von diesem die Jupitermonde.
Simon Marius hat 1614 sein bedeutendes Werk "Die Welt des Jupiter" veröffentlicht, in dem er den Lauf der vier Monde präzise beschrieb. Darin nutzte er die Namen Io, Europa, Ganymed und Kallisto für die Trabanten des Planeten.
Johannes Kepler hatte diese mythologischen Namen vorgeschlagen. Galilei und Marius hatten dagegen aus Dankbarkeit ihren Förderern gegenüber anfangs von den Medici-Sternen beziehungsweise den Brandenburgischen Gestirnen gesprochen.
Simon Marius war ein versierter Beobachter und bemerkte, wie sich die Sonnenflecken über die Sonnenscheibe bewegen und dass der Äquator der Sonne gegen die Ebene des Planetensystems geneigt ist. Doch beim Weltbild lag er falsch: er lehnte die Idee des Copernicus ab, dass die Sonne im Zentrum der Welt steht.
1624 ist Simon Marius im Alter von knapp 52 Jahren in Ansbach gestorben.