Martina Gedeck föddes i München 1961, men flyttade som 10-åring till Berlin tillsammans med sin familj. Där medverkade hon tidigt i en rad barnprogram för tv.

Efter sina grundskole- och gymnasiestudier läste Gedeck tysk litteratur och historia vid Freie Universität Berlin. Parallellt med detta tog hon dramalektioner vid Hochschule der Künste, och gjorde snart scendebut vid Theater im Turm i Frankfurt.

Filmpubliken lärde känna Martina Gedeck genom hennes roller i filmer som Den åtråvärde mannen (1994, regi Sönke Wortmann), Talk of the town (Stadtgespräch, 1995, regi Rainer Kaufmann) och Life is all you get (Das Leben ist eine Baustelle, 1997, regi Wolfgang Becker).

Gedeck hyllades för sin insats i tv-dramat Hölleisengretl (1995, regi Jo Baier) och imponerade även i Helmut Dietls Rossini 1997. Samma år mottog hon en German Film Award för sin insats i både Rossini och Life is all you get.

Ett internationellt genombrott fick Martina Gedeck i och med rollen som den ensamma karriärkvinnan Martha Klein i Bella Martha (2001, regi Sandra Nettelbeck). Gedeck vann bland annat en German Film Award och nominerades till en European Film Award för sin medverkan i filmen.

Martina Gedeck nominerades till sin tredje German Film Award för sin biroll i Elementarpartiklarna.