Nata a Firenze, Martina Stella studia recitazione fin da bambina. Nel 2001 debutta con successo di pubblico e critica nel film "L'ultimo bacio" di Gabriele Muccino. Dopo l'esordio continua a lavorare in altri film per il grande schermo come "Un amore perfetto" con Cesare Cremonini e Denis Fasolo di Valerio Andrei, e "Amnesia" di Gabriele Salvatores con Diego Abbatantuono e Sergio Rubini. Lavora anche in numerosissime serie televisive di successo: "Augusto", una produzione internazionale targata RAI, dove recita in lingua inglese vicino Peter O' Toole e Charlotte Rampling; e "Le stagioni del cuore", con la regia di Antonello Grimaldi, per Canale5, dove riscuote grosse successo di pubblico e critica grazie all'interpretazione di Emma, figlia problematica di Alessandro Gassman. Nella stagione 2002/2003 debutta al teatro Sistina a soli diciotto anni interpretando il ruolo di Clementina nella celebre commedia musicale "Aggiungi un posto a tavola" con la regia di Pietro Garinei, dove recita, canta e balla accanto a Chiara Noschese e altri grandi professionisti del Musical italiano. Dopo un contratto in esclusiva per Mediaset, lavora per le serie tv "L'amore e la guerra" di Giacomo Campiotti al fianco di Daniele Liotti e per "Freccia nera" di Fabrizio Costa accanto a Riccardo Scamarcio ed Ennio Fantastichini. Recita anche nel film tv diretto da Carlo Vanzina "Piper", in cui canta e balla famose canzoni degli anni 60. Lavora anche nella mini serie "Le ragazze di San Frediano" di Vittorio Sindoni e nello stesso anno viene chiamata a interpretare un piccolo ruolo nel famoso film di Steven Soderbergh "Ocean's Twelve", al fianco di Brad Pitt e George Clooney. Da allora si dedica a importanti progetti per il grande schermo, recita ne "Il mattino ha l'oro in bocca" di Francesco Patierno e ne "Il seme della discordia" di Pappi Corsicato, in concorso al Festival di Venezia nel 2008. Nel 2009 partecipa, nel ruolo di Donatella, al colossal americano "Nine" di R. Marshall vicino a Daniel Day-Lewis e Marion Cotillard. Tra gli ultimi lavori: "Ti presento un amico" di Carlo Vanzina con Raul Bova e Barbora Bobulova, "Un pugno e un bacio" di Angelo Longoni e "Sapore di te" di Carlo Vanzina, uscito nel gennaio 2014. Ha preso parte anche a numerosi cortometraggi, è stata la protagonista di svariati videoclip e ha prestato la propria immagine come testimonial in numerose campagne pubblicitarie.