Den strejkande tog sin räkning till fem mål i två matcher när du slår öppnaren och vinnare i en ABAX Stadium thriller.
Marriott sköt Posh framåt två minuter in i den andra halvan med ett lågt skott som kröp i artighet av en kyss från insidan av den avlägsna posten.
Men Rotherham var snart tillbaka på nivå villkor som Kieffer Moore, som gillar Marriott slog en hatt-trick i hans tidigare liga framträdande, på väg i kapten Lee Frecklington vänster-wing kors.
Marriott styrde sedan ett Marcus Maddison kors mot en post att nekas av träverket för andra gången efter att ha sett en tidig ansträngning träffa undersidan av crossbaren.
Rotherham trodde att de hade slagit i fronten senare bara för att se deras firande kortas av en hissad flagga när Jamie Proctor nickade in från nära håll.
Men en spricktävling avgjordes med 15 minuter att gå när Marriott fick det bättre av dithering försvarare Semi Ajayi och lobbade en härlig finish över strandsatta Rotherham målvakt Richard O'Donnell.
Matchrapport från Pressföreningen.
Matchen slutar, Peterborough United 2, Rotherham United 1.
Andra halvlek, Peterborough United 2, Rotherham United 1.
Hörnet, Rotherham United. Förföljd av Michael Doughty.
Kieffer Moore (Rotherham United) visas det gula kortet för handboll.
Hörnet, Rotherham United. Förföljd av Michael Doughty.
Försök missade. Joe Newell (Rotherham United) höger fotade skott från en svår vinkel till vänster är nära, men missar till vänster.
Försöket räddades. Andrew Hughes (Peterborough United) vänster fotade skott från utsidan av lådan sparas i det övre vänstra hörnet.
Joe Mattock (Rotherham United) visas det gula kortet för en dålig foul.
Idris Kanu (Peterborough United) vinner en frispark i defensiva halvan.
Foul av Joe Mattock (Rotherham United).
Försök missade. Jack Marriott (Peterborough United) höger fotade skott utanför lådan missar till höger.
Försök missade. Kieffer Moore (Rotherham United) höger fotade skott från utsidan lådan är hög och bred till höger.
Joe Newell (Rotherham United) visas det gula kortet.
Substitution, Peterborough United. Andrew Hughes ersätter Leonardo Da Silva Lopes.
Substitution, Peterborough United. Chris Forrester ersätter Marcus Maddison.
Substitution, Rotherham United. Anthony Forde ersätter Joshua Emmanuel.
Anthony Grant (Peterborough United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Lee Frecklington (Rotherham United).
Försök missade. Lee Frecklington (Rotherham United) huvudet från höger sida av sex yard box missar till höger.
Hörnet, Rotherham United. Förhörd av Anthony Grant.
Foul av Anthony Grant (Peterborough United).
Jon Taylor (Rotherham United) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Hörnet, Rotherham United. Sammankallad av Jonathan Bond.
Försöket räddades. Kieffer Moore (Rotherham United) huvud från mitten av rutan sparas i nedre vänstra hörnet.
Substitution, Rotherham United. Jon Taylor ersätter Ryan Williams.
Mål!  Peterborough United 2, Rotherham United 1. Jack Marriott (Peterborough United) höger fotade skott från utanför lådan till den höga mitten av målet. Hjälpt av Jack Baldwin.
Anthony Grant (Peterborough United) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Ryan Williams (Rotherham United).
Leonardo Da Silva Lopes (Peterborough United) vinner en frispark på högerkanten.
Foul av Darren Potter (Rotherham United).
Substitution, Rotherham United. David Ball ersätter Jamie Proctor.
Substitution, Peterborough United. Idris Kanu ersätter Junior Morias.
Försök missade. Joe Newell (Rotherham United) vänster fotade skott från höger sida av lådan är nära, men missar till vänster.
Hörnet, Peterborough United. Förföljd av Jamie Proctor.
Junior Morias (Peterborough United) vinner en frispark på högerkanten.
Foul av Joe Mattock (Rotherham United).
Gwion Edwards (Peterborough United) vinner en frispark på högerkanten.
Foul av Darren Potter (Rotherham United).
Foul av Steven Taylor (Peterborough United).
Kieffer Moore (Rotherham United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Jack Marriott slog en andra halv dubbel när Peterborough fortsatte sin perfekta League One börja med att slå Rotherham.