El vínculo más conocido entre el papa y la música renacentista procede de la Missa Papae Marcelli, una de las composiciones más célebres de Palestrina. El título honra a Marcelo II, pero la obra no fue compuesta durante sus veintidós días de pontificado ni se interpretó ante él: la composición es posterior a su muerte.
La tradición piadosa atribuyó a Palestrina una intervención decisiva para salvar la polifonía sacra. Según esa narración, una misa ejecutada ante el papa y los cardenales habría demostrado que la complejidad musical podía conservar la inteligibilidad del texto litúrgico. La historia musical documentada, sin embargo, no confirma ese episodio en relación con Marcelo II: la Missa Papae Marcelli no sonó ante él, y los relatos de una prueba ante el pontífice y de una defensa formal de la polifonía mediante varias misas pertenecen a una elaboración legendaria posterior.,
Los datos históricos relacionan la actividad reformadora de Palestrina con un periodo posterior, durante el pontificado de Pío IV. En 1565, años después de la muerte de Marcelo II, Palestrina interpretó la misa ante el pontífice. La participación de san Carlos Borromeo en las iniciativas de reforma musical y su relación con el compositor contribuyeron a mantener la conexión entre la obra y la reforma de la música litúrgica.,
Así, la relación de Marcelo II con la polifonía es principalmente conmemorativa: Palestrina le dedicó una obra cuyo nombre perpetuó su memoria. La asociación resulta culturalmente significativa, pero no demuestra que el papa interviniera directamente en la composición ni que su pontificado resolviera el debate sobre la música sacra.,