Da molti è considerata la più grande danzatrice statunitense del XX secolo, nonché la "madre" della danza moderna. Col suo minuto ma vibrante corpo sapeva comunicare le più profonde emozioni dell'animo umano. Il padre era un medico. La sua famiglia, piuttosto agiata, nel 1908 si trasferì a Santa Barbara, California. Nel 1911, dopo aver assistito ad una rappresentazione teatrale di Ruth St. Denis, Martha decise di scegliere la danza come professione. Dal 1913 al 1920 studiò danza e teatro; nel 1916 entrò a far parte della compagnia Denishawn,  e danzò in alcune coreografie importanti, come Xochtil (1920). In questo periodo incontrò il compositore Louis Horst. Nel 1923 lasciò la Denishawn School insieme ad Horst e tornò nell'est, a Rochester, New York, dove insegnò alla "Eastman School of Rochester". Debuttò a New York il 18 aprile 1926 con svariate coreografie di propria creazione. Nel 1927 aprì la Martha Graham School of Contemporary Dance. Dapprima molte sue coreografie erano legate a tematiche sociali (Immigrant, Revolt) o di ispirazione orientale. Fu nel 1929, con la composizione Heretic, che si manifestò la sua originale concezione della danza, frutto di una straordinaria maturazione artistica. Gli anni trenta furono contraddistinti da una grande spinta creativa durante la quale creò Lamentation, Chronicle, Deep Song, Primitive Mysteries e Frenetic Rhythms. Nel 1939 vennero accettati nella sua compagnia (che fino a quel momento era stata tutta femminile) Merce Cunningham e Erik Hawkins. Negli anni quaranta la compagnia andò in tournée negli Stati Uniti e Cuba. Nel 1948 sposò Erik Hawkins. Intorno agli anni settanta, all'età di settantasei anni, danzò per l'ultima volta. La decisione di abbandonare il palcoscenico le causò, negli anni successivi, un periodo di notevole depressione. Ne 1976 ha ricevuto la prestigiosa onorificenza statunitense, la Medaglia presidenziale della libertà (with Distinction), dal Presidente Gerald Ford. È stata la prima danzatrice a ricevere questo riconoscimento. Nel 1984 ricevette la Légion d'Honneur dal governo francese; venne celebrata con un gran galá al Lincoln Center a New York.