Fils d'Auguste Marillier, négociant, et de Cécile Chaley (arrière-petite-fille de Mme Roland), qui tient un salon républicain à Paris et, veuve, est devenue la compagne de l'historien Charles Seignobos. Léon Marillier épouse en 1891 Jeanne Le Braz, institutrice, sœur de l'écrivain breton Anatole Le Braz.
Marié
Admissible à l'École normale supérieure. Agrégé de philosophie (1885). Effectue également des études de biologie, et s'intéresse aux asiles d'aliénés et aux services pour les maladies nerveuses. Suit les cours d'exégèse dispensés par Auguste Sabatier à la Faculté de théologie protestante de Paris (1885-1886). Semble avoir, mais sans la soutenir, une thèse de théologie sur "L'idée du mal dans l'Imitation de Jésus Christ".
Dispense un cours libre "Les phénomènes religieux et leur base psychologique" (1888). Premier semestre : étude critique de témoignages sur la religion des peuples "non civilisés" et étude psychologique des phénomènes religieux chez ces "non civilisés" ; deuxième semestre : culte des morts et animisme en Afrique et Océanie.
En 1890, il est titularisé et chargé d'un cours sur la religion des peuples "non civilisés".
Codirecteur avec Jean Réville, à partir de 1896, de la Revue de l'histoire des religions et secrétaire avec lui de la commission d'organisation du Congrès international d'histoire des religions, à Paris (1900).
Dispense un cours libre, "La psychologie dans ses rapports avec la religion", à la Faculté de théologie protestante de Paris (1887-1889).
Cofondateur, avec Charles Richet et Théodule Ribot, de la Société de psychologie physiologique (1885). Organisateur du Congrès de psychologie physiologique (1891) et membre du comité organisateur de celui de 1892. Cofondateur de la Société de psychologie (1901).
Dispense des cours libres à l'École de Morale, et des cours d'histoire de France dans le cadre de l'enseignement populaire supérieur de la Ville de Paris. Enseigne la morale à l'École normale primaire de jeunes filles de la Seine ; maîtrise de conférences pour l'enseignement de la psychologie et de la morale à l'École normale supérieures de jeunes filles de Sèvres.
Psychologie de la religion. Religion des peuples "non civilisés". Marillier est un tenant assez caractéristique de l'histoire des religions telle que la comprenaient l'école hollandaise (Tiele) et la génération des fondateurs de la Ve section de l'EPHE (les Réville) : proche à plusieurs titres du protestantisme libéral de ces hommes (sans lui appartenir par l'origine), il pratique une psychologie du sentiment religieux qui lui vaudra une vive critique de la part de son successeur (et ancien élève), Marcel Mauss, tenant de l'école sociologique. « Il était résolument partisan de la psychologie religieuse ; il pensait avoir expliqué un fait religieux lors qu’il l’avait ramené à une loi psychologique générale dont il constatait l’existence universelle dans l’humanité » (Mauss, 1969). Marillier est aussi le tenant d'une conception évolutionniste de la religion, illustrée par l'école anthropologique anglaise dont il se fait le disciple et, partiellement, le traducteur (Andrew Lang) : il oppose la pensée "sauvage" à celle des peuples dits civilisés, dont certains milieux, notamment la paysannerie, peuvent conserver des survivances de la première, que le folkloriste sait débusquer. Ici encore le désaccord avec Mauss est patent. Sa disparition prématurée a peut-être empêché Marillier de produire quelque ouvrage de synthèse, son œuvre étant caractérisée par la diversité des curiosités et la multiplication d'articles, de conférences, voire de traductions.
Monographies
La liberté de conscience, rapport présenté au nom du jury du concours sur la liberté de conscience, Paris : Armand Colin, 1890, 280 p.
La survivance de l'âme et l'idée de justice chez les peuples non civilisés, Paris : Impr. nationale, 1894, 60 p.
La sensibilité et l’imagination chez George Sand, Paris : H. Champion, 1896, 118 p.
Articles (choix)
"La suggestion mentale et les actions mentales à distance", Revue philosophique XXIII (1887), p. 400-422
"Le rôle de la pathologie mentale dans les recherches psychologiques. Essai sur l’œuvre psychologique de V. Magnan", Revue philosophique, XXXVI (1893), p. 366-411.
"Du rôle de la psychologie dans les études de mythologie comparée", Revue de l’histoire des religions 32 (1895), p. 116-141.
"La place du totémisme dans l’évolution religieuse, à propos d’un livre récent (F. B. Jevons : An introduction to the history of religion)", Revue de l’histoire des religions 1 (1898), p. 208-253 et p. 321-369 ; 2, p. 204-233 et 345-404.
"La doctrine de la réincarnation des âmes et les dieux dans l’ancienne Irlande", Revue de l’histoire des religions, 1899.
"L’origine des dieux", Revue philosophique, XLVIII (1899), p. 1-28, 146-181 et 225-262.
"Religion" dans M. Berthelot, dir., La Grande Encyclopédie, Paris, t. XXVIII, p. 341-366
"Le folklore et la science des religions", Revue de l'histoire des religions, 1901, p. 166-183
Traductions
Andrew Lang, Mythes, cultes et religion (traduit avec la collaboration de Adolf Dirr ; introduction de L. Marillier), Paris : Alcan, 1896, 683 p.
Edmund Gurney, Frederic Myers, Frank Podmore, Les hallucinations télépathiques [traduit et abrégé des Phantasms of the living], Paris : Alcan, 1891, 395 p.
E. Laetitia Moon Conard, Les idées des Indiens Algonquins relatives à la vie d’outre-tombe, Paris : E. Leroux, 1901, 99 p.
Collaborateur du quotidien protestant et dreyfusard, Le Signal. Auteur de très nombreuses conférences contre l'alcoolisme, pour la défense des Arméniens, pour la protection des droits des indigènes, pour la Ligue des amis de la paix, pour l'Union pour l'action morale, dans les Universités populaires. "Un véritable missionnaire laïque, un apôtre des œuvres de propagande morale" (J. Réville).
École pratique des hautes études, Section des sciences religieuses. Rapport sommaire sur les conférences de l'exercice 1900-1901 et le programme des conférences pour l'exercice 1901-1902. 1900, p. 29-32.
Jean Réville, "Léon Marillier", Revue de l'histoire des religions (1901), 2, p. 167-173.
Après la mort tragique de Jeanne-Marie et Léon Marillier (la première noyée dans un naufrage en Bretagne, le second ne lui ayant survécu que quelques jours), une souscription lancée notamment par F. Buisson, A. Darmesteter, G. Monod, F. Passy, J. Réville, Ch. Richet, Mlle Salomon, J. Schlumberger, le pasteur Ch. Wagner, a permis de mettre en place une Fondation Léon et Jeanne-Marie Marillier, destinée à venir en aide chaque année à un étudiant de la Faculté des Lettres de Paris ou de la Ve section de l'EPHE. Le destin de cette Fondation semble avoir été assez obscur.
Marcel Mauss, "Léon Marillier et la science des religions", [1902], dans M. Mauss, Œuvres III, Paris : Éditions de Minuit, 1969, p. 460-465.
Pascal Le Maléfan, "Léon Marillier, figure de la psychologie naissante, 1862-1901", Bulletin de psychologie, 2/2005 (n° 476), p. 267-280