В возрасте восьми лет Марта начала посещать балетную школу. Когда девушке исполнилось шестнадцать, она уже работала в Базельском театре танцовщицей.
В 1966 году Марта Келлер начала работать в Западноберлинском и Гейдельбергском театрах, а во второй половине семидесятых – в театрах Парижа.
Кинокарьера Марты началась ещё в 1964 году с роли в немецкой драме Франца Джозефа Вайлда «Der trojanische Krieg findet nicht statt» («Троянской войны не будет»). Затем она приняла участие в таких лентах, как «Wilder Reiter GmbH» («Уайлдер Райтер») и «Mariana Pineda» («Мариана Пинеда»).
После этого Марта снялась в трёх франко-итальянских лентах – комедии Филиппа де Брока «Le diable par la queue» («Дьявола за хвост»), его же мелодраме «Les caprices de Marie» («Капризы Мари») и комедии Жан-Пьера Блана «La vieille fille» («Старая дева»).
Снявшись ещё в десятке французских, немецких и итальянских картин, Марта Келлер перебралась в Голливуд и начала принимать активное участие в съёмках фильмов. Первой американской лентой Марты стал триллер Джона Шлезингера «Marathon Man» («Марафонец»), в котором главную роль играл известный актёр Дастин Хоффман.
В 1977 году на экраны вышла картина Сидни Поллака «Bobby Deerfield» («Жизнь взаймы») с Мартой Келлер и Аль Пачино в главных ролях. Затем фильмография актрисы пополнилась ролями в таких картинах, как: «Fedora» («Федора») Билли Уайлдера и «The Amateur» («Любитель») Чарльза Джэррота.
В фильме 1980 года режиссёра Джона Эвилдсена «The Formula» («Формула») она снялась вместе с легендарным американским актёром Марлоном Брандо. Картина номинировалась на «Оскар» за лучшую операторскую работу.
В 1985 году Келлер приняла участие в мюзикле Адриано Челентано «Joan Lui - ma un giorno nel paese arrivo io di lunedì» («Джоан Луи»). Исполнителем главной мужской роли стал сам Челентано.
В 1987 году актриса сыграла в драме Никиты Михалкова «Очи чёрные» вместе с Марчелло Мастроянни.
Из более поздних киноработ Марты Келлер стоит отметить роли в картине «Hereafter» («Потустороннее») Клинта Иствуда, «Time of the Wolf» («Время волка») Рода Приди и «L' École de la chair» («Школа плоти») Бенуа Жако.
