Marcelo lämnade Real Madrid efter förra säsongen. Klubbikonen har sedan dess stått utan klubb.
Under deadline day var det nära att han hamnade i Leicester, men flytten sprack i sista stund, uppgav BBC.
Men trots debaclet ät nu klubbjakten över.
På sin hemsida presenterar Olympiakos den 34-årige vänsterbacken som sitt senaste tillskott. Enligt Footmercato-journalisterna Santi Aouna och Sebastien Denis handlar det om ett ettårskontrakt med option på ytterligare ett år. Journalisternas uppgifter gör också gällande att vänsterbacken nobbade Aek Aten.
Övergång var möjligt eftersom det grekiska transferfönstret stänger först 15 september.
Under sina år i Real Madrid gjorde Marcelo totalt 546 tävlingsframträdanden, och han svarade för 38 mål och 103 assist. Han spelade i den spanska huvudstadsklubben från januari 2007 fram till år.