Η Μάρθα Καραγιάννη έλαμψε με την παρουσία και την ομορφιά της στην χρυσή εποχή του ελληνικού κινηματογράφου. Τα χρόνια του ’60 ήταν το πιο επιθυμητό πλάσμα στον άρρενα πληθυσμό της Ελλάδας. Δεν υπήρχε ανδρικό δωμάτιο, συνεργείο και βενζινάδικο που να μην έχει μια φωτογραφία της με μπικίνι, το «σήμα-κατατεθέν» της κινηματογραφικής της εικόνας εκείνα τα χρόνια. Η Μάρθα Καραγιάννη γεννήθηκε στις 6 Νοεμβρίου 1939 στον Πειραιά. Ο πατέρας της Χαρίλαος Καραγιάννης καταγόταν από πλούσια οικογένεια της Ρωσίας, που έχασε την περιουσία της κατά την διάρκεια της Οκτωβριανής Επανάστασης και η μητέρα της Δόμνα Τσιρίδου ήταν ποντιακής καταγωγής από το Μπακού, την πρωτεύουσα του σημερινού Αζερμπαϊτζάν.
Οι γονείς της πρόσφυγες και οι δύο γνωρίστηκαν σε ένα ποντιακό χοροδιδασκαλείο της Δραπετσώνας, ερωτεύτηκαν και αποφάσισαν να ενώσουν τις τύχες τους το 1932. Το μικρόβιο του χορού φαίνεται ότι εμφύσησαν στην κόρη τους. Σε ηλικία 8 ετών, η μικρή Μάρθα ξεκίνησε μαθήματα χορού και πολύ γρήγορα άρχισε τις εμφανίσεις με το μπαλέτο της Λουκίας Σακελλαρίου σε παραστάσεις στην Λυρική Σκηνή. Το 1955, σε ηλικία 16 ετών έκανε το ντεμπούτο της στον κινηματογράφο στην δραματική ταινία του Ορέστη Λάσκου «Η άγνωστος», παίζοντας δίπλα σε σπουδαίους ηθοποιούς, όπως ο Αλέκος Αλεξανδράκης, ο Γιώργος Παππάς, η Κυβέλη, η Ελένη Ζαφειρίου και ο Λάμπρος Κωνσταντάρας.
Την σύστησε στον σκηνοθέτη, που ήταν φίλος του, ο Θάνος Τράγκας, καθηγητής της στο γυμνάσιο και σε δραματική σχολή, έχοντας εκτιμήσει το ταλέντο της από τις παραστάσεις που ανέβαζε στο σχολείο της. Το 1957 πρωτοπάτησε το θεατρικό σανίδι στην επιθεώρηση «Ελέφαντες και Ψύλλοι», που ανέβασαν στο θέατρο «Περοκέ» της Αθήνας, ο Κώστας Χατζηχρήστος και η Καίτη Ντιριντάουα. Σε δραματική σχολή δεν φοίτησε, αλλά σπούδασε από μικρή το θέατρο και τον κινηματογράφο παίζοντας δίπλα σε σπουδαίους ηθοποιούς της επιθεώρησης και της κωμωδίας, όπως ο Βασίλης Αυλωνίτης, ο Κώστας Χατζηχρήστος, ο Ορέστης Μακρής, ο Ντίνος Ηλιόπουλος και η Ρένα Βλαχοπούλου.
Έχοντας κάνει αίσθηση με την παρουσία της στα καλλιτεχνικά δρώμενα, το καλοκαίρι του 1957, η νεαρή στάρλετ φωτογραφήθηκε με μπικίνι για το εξώφυλλο του περιοδικού «Γυναίκα», του πρώτου σε κυκλοφορία γυναικείου περιοδικού εκείνα τα χρόνια. Η γνωριμία της με τον Γιάννη Δαλιανίδη έμελλε να απογειώσει την καριέρα της. Το 1962 έπαιξε στο πρώτο ελληνικό μιούζικαλ «Μερικοί το προτιμούν κρύο» που σκηνοθέτησε ο Δαλιανίδης. Ήταν η τρίτη επιλογή του σκηνοθέτη, μετά την Άννα Φόνσου που αρνήθηκε τον ρόλο και την Πόπη Λάζου που καθυστερούσε στα γυρίσματα.
Από εκεί και πέρα η Καραγιάννη έπαιξε σε όλα τα μιούζικαλ του Δαλιανίδη: «Κάτι και να καίει» (1964), «Κορίτσια για φίλημα» (1965), «Μια κυρία στα μπουζούκια» (1967), «Οι θαλασσιές οι χάντρες» (1967), «Μαριχουάνα Στοπ» (1971). Χόρεψε σε όλα, αλλά τραγούδησε σε ένα, παρότι ηθοποιός του μουσικού θεάτρου. Στο «Γοργόνες και Μάγκες» (1968) τραγούδησε το «Ο άντρας που θα παντρευτώ» σε μουσική Μίμη Πλέσσα και στίχους του Λευτέρη Παπαδόπουλου. Το 1969, η Μάρθα Καραγιάννη δεν δίστασε να τσαλακώσει την εικόνα της για τις ανάγκες ενός δραματικού ρόλου, του μοναδικού στην κινηματογραφικής της καριέρα.
Ο Νίκος Φώσκολος ήταν αυτός που την έπεισε να πρωταγωνιστήσει στην ταινία του «Πεθαίνω κάθε ξημέρωμα», δίπλα στη Νόρα Βαλσάμη, τη Μάρθα Βούρτση, τον Κώστα Καζάκο και τον Άγγελο Αντωνόπουλο. Η επόμενη ταινία της «Το ανθρωπάκι» σε σκηνοθεσία Γιάννη Δαλιανίδη, που προβλήθηκε στα τέλη του 1969, ήταν μια σάτιρα των ταινιών μελό, που είχαν κατακλύσει εκείνη την περίοδο τον ελληνικό κινηματογράφο. Υποδύεται ένα λαϊκό κορίτσι που φιλοδοξεί να γίνει σταρ του σινεμά, ένας κωμικός ρόλος με δραματικές πινελιές. Η ίδια την θεωρεί την αγαπημένη της ταινία.
Οι εμφανίσεις της στον κινηματογράφο αραίωσαν μετά την κατάρρευση του εμπορικού κινηματογράφου από τα μέσα της δεκαετίας του’ 70 και είναι μετρημένες στα δάχτυλα του ενός χεριού. Έπαιξε στις ταινίες «Πεθαίνω για σένα!» (2009) του Νίκου Καραπαναγιώτη, δίπλα σε νεότερους συναδέλφους της, όπως η Ελένη Ράντου, ο Φάνης Μουρατίδης και ο Βασίλης Χαραλαμπόπουλος, καθώς και στην κινηματογραφική μεταφορά του θεατρικού έργου του Θοδωρή Αθερίδη «Πεθαίνω από έρωτα» (2014), δίπλα στον σκηνοθέτη, την Σμαράγδα Καρύδη και την Παναγιώτη Βλαντή. Την δεκαετία του ‘80 πρωταγωνίστησε σε βιντεοταινίες, τις οποίες σίγουρα δεν θα θέλει να θυμάται.
Στην θεατρική της διαδρομή, ήδη από το 1962 άρχισε να στρέφεται και σε έργα πρόζας. Την ίδια χρονιά έπαιξε στην παράσταση «Όμορφη Πόλη», που ανέβηκε στο θέατρο «Παρκ» σε σκηνοθεσία Μιχάλη Κακογιάννη και μουσική Μίκη Θεοδωράκη. Τον χειμώνα του 1972, ανέβασε μια ιδιαίτερα φιλόδοξη παράσταση, το μιούζικαλ «Καμπαρέ» που εκείνη την περίοδο θριάμβευε στο Μπρόντγουεϊ με πρωταγωνίστρια τη Λάιζα Μινέλι. Το έργο ανέβηκε σε σκηνοθεσία Αλέξη Σολομού, με συμπρωταγωνιστές της τους Ντίνο Ηλιόπουλο, τον Κώστα Πρέκα, τον Βαγγέλη Βουλγαρίδη και την Κατερίνα Γιουλάκη.
Η παράσταση παρότι υμνήθηκε από την κριτική δεν είχε την αναμενόμενη εμπορική επιτυχία και κατέβηκε ύστερα από τρεις μήνες. Την δεκαετία του’80 έπαιξε στο κλασικό αμερικανικό μιούζικαλ «Οι άντρες προτιμούν τις ξανθιές», δίπλα στην Ζωή Λάσκαρη, σε σκηνοθεσία Σταμάτη Φασουλή. Την δεκαετία του ‘90 διακρίθηκε για τις ερμηνείες σε σημαντικά έργα πρόζας, όπως τα «Απόψε αυτοσχεδιάζουμε» του Λουίτζι Πιραντέλλο (1992-1993), «Όταν οι γυναίκες το γλεντούν» του Κάρλο Γκολντόνι (1998) και «Αρσενικό και παλιά δαντέλα» του Τζόζεφ Κέσελρινγκ (1999-2000). Τον Οκτώβριο του 1977 έκανε ντεμπούτο στην μικρή οθόνη με την κωμική σειρά του Κώστα Πρετεντέρη «Ο Δρόμος» που προβλήθηκε από την ΥΕΝΕΔ.
Συνέχισε με τις δημοφιλείς σειρές «Ο Ανδροκλής και τα λιοντάρια του» (1985, ΕΡΤ2) και «Οι Μικρομεσαίοι» του Γιάννη Δαλιανίδη (1992, MEGA). Στην προσωπική της ζωή, η Μάρθα Καραγιάννη συνδέθηκε με δυο πολύ δυνατούς έρωτες και οι δυο με ποδοσφαιριστές. Το 1959 παντρεύτηκε τον διεθνή ποδοσφαιριστή του Ολυμπιακού Πειραιά Μίμη Στεφανάκο, ένας γάμος που αποτέλεσε πρώτης τάξεως κοσμικό γεγονός για την Αθήνα της εποχής εκείνης. Το ζευγάρι θα χωρίσει ένα χρόνο αργότερα. Το 1973, γνωρίστηκε με τον διεθνή τερματοφύλακα του Παναθηναϊκού Βασίλη Κωνσταντίνου. Η σχέση τους θα διαρκέσει δώδεκα χρόνια και διαλυθεί το 1985, λίγους μήνες προτού επισημοποιηθεί με γάμο. Η Μάρθα Καραγιάννη πέθανε στις 18 Σεπτεμβρίου 2022, σε ηλικία 82 ετών.
