Από το 1967 οπότε ξεκίνησε τις ανασκαφές του στο νησί, έως το 1974 που έφυγε από τη ζωή, ανακάλυψε τον προϊστορικό οικισμού του Ακρωτηρίου.
Όλα ξεκίνησαν από ένα άρθρο που έγραψε το 1939 σε ένα βρετανικό επιστημονικό περιοδικό, στο οποίο υποστήριζε ότι ο Μινωικός Πολιτισμός καταστράφηκε από την έκρηξη του ηφαιστείου της Σαντορίνης.
Ο Μαρινάτος υπήρξε μια ισχυρή και αμφιλεγόμενη προσωπικότητα που προκάλεσε αντιδράσεις, όταν κατά τη διάρκεια της δικτατορίας έγινε γενικός διευθυντής Αρχαιοτήτων και δήλωσε ότι καμία άλλη ηγεσία δεν τον είχε βοηθήσει μέχρι τότε στις ανασκαφές του.
Αν και η θεωρία του αρχαιολόγου για την καταστροφή της Μινωικής Κρήτης δεν επαληθεύτηκε, η ανακάλυψή του προϊστορικού οικισμού στο Ακρωτήρι, θεωρείται κορυφαία στιγμή της αρχαιολογίας διεθνώς.