Мартина Гедек родилась 14 сентября 1961 года в Мюнхене в семье предпринимателя Карла-Хайнца Гедека и его жены, художницы Хельги. М. Гедек является старшей из трёх сестёр.
После крупного успеха фильма «Жизнь других» (в 2006 году картина была удостоена премии «Оскар» за лучший фильм на иностранном языке, премии «Феликс» в номинации «Лучший европейский фильм года», премии «Сезар» в категории «Лучший фильм на иностранном языке» и множества прочих наград) М. Гедек приобрела мировую известность. За исполнение главной роли в упомянутом фильме актриса была второй раз в своей карьере выдвинута на соискание премии «Феликс».
В 2006 году состоялась премьера фильма «Ложное искушение», в котором М. Гедек снялась совместно с такими актёрами, как Мэтт Дэймон, Анджелина Джоли и Роберт Де Ниро.
Впоследствии актриса исполнила роль Ульрики Майнхоф в фильме «Комплекс Баадера-Майнхоф» (2008), который был номинирован на премию «Оскар» за лучший фильм на иностранном языке.
В 2010 году Мартина Гедек была избрана земельным парламентом Северного Рейна-Вестфалии в качестве одного из представителей этой земли в Федеральном собрании — конституционном органе, созываемом для избрания президента Германии. В Федеральном собрании актриса присоединилась к фракции «Союза 90/Зелёных».
В настоящее время актриса проживает в Берлине.