Von 1798 bis 1802 studierte Marheineke Theologie und Philosophie in Göttingen, promovierte 1803 und wurde 1805 Professor und 2. Universitätsprediger in Erlangen. 1811 kam er an die neugegründete Universität Berlin. In Berlin war er über 35 Jahre tätig, seit 1820 auch als Prediger an der Dreifaltigkeitskirche und als Konsistorialrat. Von 1811 bis 1819 lehrte er vor allem Kirchen- und Dogmengeschichte, von 1820 bis 1846 widmete er sich vornehmlich der systematischen Darstellung der Symbolik, Dogmatik und Moraltheologie. Von seinen Berliner Schriften sind die "Aphorismen zur Erneuerung des kirchlichen Lebens im protestantischen Deutschland" (1814) hervorzuheben. Hohes Ansehen hatte er als Kirchenhistoriker und Konfessionsforscher. Um 1819 wohnte er in der Taubenstraße 3. Er ist bestattet auf dem Friedhof St. Dreifaltigkeit in der Bergmannstraße.