Марта Хайер родилась в городе Форт-Уэрт, штат Техас. Впервые в кино она появилась в одиннадцатилетнем возрасте в фильме «Громовая гора» (1947). После окончания обучения она продолжила актёрскую карьеру, снявшись в фильмах «Сабрина» (1954), «Мой дворецкий Годфри» (1957), «Плавучий дом» (1958) и «Первые люди на Луне» (1964).
Наибольшую популярность актрисе принесла роль Гвен Фрэнч в драме Винсента Миннелли «И подбежали они» (1958), за которую она была номинирована как «Лучшая актриса второго плана» на премию «Оскар». В 1960 году Марта Хайер пробовалась на роль Мэрион Крейн в триллере Альфреда Хичкока «Психо», но в итоге роль досталась Джанет Ли. Последний раз на киноэкранах актриса появилась в 1973 году в фильме-ограблении День волков.
Марта Хайер дважды была замужем. Её первым мужем был сценарист и режиссёр Рэй Стал (1951—1954), брак с которым закончился разводом. В 1966 году актриса вышла замуж за продюсера Хала Уолиса с которым была вместе до его смерти в 1986 году. В 1990 году в свет вышла её автобиография «В поисках моего пути: Мемуары Голливуда» (англ. Finding My Way: A Hollywood Memoir).