Высокая и стройная, с угловатыми чертами и рыжими волосами, она напоминала своего отца, которому она была предана. С 12 до 17 лет она жила в Париже, а её отец был министром США во Франции. Джефферсон отдал её в «Эббей Роял де Пантемонт», привилегированную монастырскую школу, после гарантий того, что студенты-протестанты будут освобождены от религиозного обучения. Тем не менее, Петси выразила желание перейти в католичество, но также сообщила своему отцу, что думает стать монахиней. Джефферсон быстро забрал её из школы.
В 1790 году Марта вышла замуж за Томаса Менн Рендольфа младшего, который был губернатором Виргинии с 1819 по 1822 год. У них было двенадцать детей:
Она воспитывала детей дома. Будучи поглощённая заботами о семье, она только несколько раз появилась в Белом доме в 1802 году, вместе с сестрой в 1803 году и в течении зимы 1805/06. После выхода на пенсию Томаса Джефферсона она посвятила большую часть своей жизни заботе о нём. Он описал её как "заветного спутника молодости и медсестру старости", а незадолго до своей смерти отметил, что "последней мукой его жизни было расставание с ней."
Она унаследовала Монтичелло от своего отца в 1826 году. После деловых перемен и смерти её мужа, она рассматривала возможность основания школы, но была освобождена от трат пожертвованием в $10,000 от Южной Каролины и Виргинии. Однако увеличение финансовых трудностей вынудили её продать Монтичелло Джеймсу Баркли в 1831 году, который затем перепродал его в 1834 году военно-морскому офицеру и большому поклоннику Джефферсона, Урии Леви. Марта была отстранена от своего мужа, до тех пор, пока он не умер в 1828 году. Она умерла в своём имении Эджхилл в округе Альбемарле, Виргиния.
Она рассматривается как Первая леди США из-за того, что её отец был вдовцом. Исполняла обязанности с 4 марта 1801 года по 4 марта 1809 года. Она заработала репутацию интеллектуалки.