Cannon fu scelto nel corso del giro del Draft 2011 dai New England Patriots. Marcus iniziò la stagione in lista infortunati dovendo recuperare dal suo ciclo di chemioterapia. Cannon entrò nel roster nella settimana 10 nella gara contro i New York Jets mentre scese in campo per la prima volta come professionista la gara successiva contro i Kansas City Chiefs. Nella sua stagione da rookie in totale disputò sette partite, nessuna delle quali come titolare. I Patriots giunsero fino al Super Bowl XLVI dove furono sconfitti dai New York Giants[2]. Si laureò campione NFL tre anni dopo battendo i Seattle Seahawks nel Super Bowl XLIX. Nel 2016, Cannon è stato inserito nel Second-team All-Pro[3] e nella stessa stagione si è poi laureato nuovamente campione NFL sempre con i New England Patriots.
Alla fine della stagione 2018 Cannon partì come titolare nel Super Bowl LIII vinto contro i Los Angeles Rams per 13-3, conquistando il suo terzo anello.[4]