Училась в школе изящных искусств в Париже (класс Рене Симона).
Играла в театре Монпарнас под псевдонимом Мориз Орли (Marise Arley). Затем работала актрисой театра Ренесанс.
Начала кинокарьеру в 1941 году и сыграла около 50-ти ролей в кино. В конце 1940-х годов из-за безответной любви пыталась покончить жизнь самоубийством, пристрастие к алкоголю и амфетаминам разрушало актрису. Но она смогла всё это преодолеть...
По инициативе актёра Франсуа Перье взяла псевдоним Мартина Кароль, под эти именем вошла в историю французского кинематографа.
Режиссеров привлекала яркая красота актрисы, её киногеничность. В 1947 году играла в дуэте с Жаном Габеном в ленте «Зеркало».
Мартина Кароль была одной из самых красивых актрис французского экрана, секс-символом Франции 1950-х — 1960-х годов. Лучшие свои роли исполнила в фильмах мужа режиссёра Кристиан-Жака: «Прелестные создания» (1952), «Лукреция Борджиа» (1953), «Мадам Дюбарри» (1954), «Нана» (1955).
Актёрскими удачами стали роли Лолы Монтес в одноименном фильме Жака Офюса (1955) и контессы Ветилличи в «Ванина Ванини» (1961, реж. Роберто Росселини).
Мартина Кароль была замужем четыре раза, но детей у неё не было. Первый супруг — Стивен Крейн (1916—1985), актёр. Были женаты в 1948—1953 года. Второй супруг — Кристиан-Жак (1904—1994), режиссёр и сценарист. Были женаты в 1954—1959 года. Третий супруг — Андре Рувикс, доктор. Были женаты в 1959—1962 года. Четвёртый супруг — Майк Эленд, бизнесмен. Были женаты в 1966—1967 года (до момента смерти актрисы).
Скончалась 6 февраля 1967 года от сердечного приступа в гостиничном номере в Монте-Карло, Монако. Изначально она была похоронена на кладбище Пер-Лашез в Париже (некоторые СМИ сообщили, что она была похоронена со своими драгоценностями). Позже её могила была разрушена, а актриса перезахоронена на кладбище Гран-Жас в Каннах.
Дон Джованни с Лазурного берега
Француженка и любовь
Вокруг Света за 80 дней
Тайны алькова
Тайны Версаля
Кинематографисты нашего времени
Незнакомцы в доме