Оба родителя Марты были наполовину евреями. С детства она писала стихи и короткие рассказы. В 1926 г. она поступила в престижный колледж Брин-Мар, но уже в следующем году бросила колледж, чтобы заняться журналистикой. Вначале она  работала в журнале The New Republic, а затем отправилась во Францию, где работала в агентстве United Press International и в журнале Vogue.

В Париже у Марты возник роман с философом и экономистом Бертраном де Жувенелем, но он был женат и его жена не соглашалась на развод. В эти годы, как рассказано в её книге "What Mad Pursuit" (1934), она стала сторонницей европейского пацифистского движения. После возвращения в США Геллхорн подружилась с Элеонорой Рузвельт и через неё - с Гарри Гопкинсом, ближайшим соратником президента Ф. Д. Рузвельта.

Гопкинс предложил Марте должность обозревателя в Федеральной аднимистрации срочной помощи (FERA). По поручению администрации президента Марта Геллхорн проехала по городам США и написала ряд очерков о том, какие последствия имела Великая депрессия для разных слоёв населения. Результаты наблюдений были изложены ею также в книге "Бедствия, которые я видела" (1936). Этот сборник рассказов стал первым литературным произведением Геллхорн.

В 1936 г. в Ки-Вест, штат Флорида, Марта познакомилась с Эрнестом Хемингуэем, который уговорил её вместе ехать в Испанию, чтобы следить за ходом гражданской войны. После четырёх лет отношений, Эрнест Хемингуэй и Марта Геллхорн поженились в декабре 1940 года, однако из-за её постоянных разъездов этот брак распался в 1945 г.

Марта Геллхорн стала одной из самых известных военных корреспондентов 20-го века. Она освещала практически каждый крупный мировой конфликт, который происходил во время её 60-летней карьеры. После Второй мировой войны она работала в журнале "Атлантик": описывала войну во Вьетнаме, Шестидневную войну и гражданские войны в Центральной Америке.

В 1954 г. Геллхорн вышла замуж за главного редактора лондонской "Таймс" Томаса Меттьюса. Этот брак был разорван в 1963 г. из-за измены мужа.. После этого Геллхорн разочаровалась в институте брака и больше не выходила замуж. В возрасте 81 года она приехала в Панаму, где написала о вторжении войск США.

15 февраля 1998 года Марта Геллхорн покончила жизнь самоубийством, проглотив капсулу цианида, после долгой борьбы с раком яичников. С 1999 года в США вручается ежегодная журналистская "Премия имени Марты Геллхорн". В 2012 г. Николь Кидман сыграла Марту Геллхорн в фильме Филиппа Кауфмана "Хемингуэй и Геллхорн".

Имя Марта в переводе с арамейского языка означает "хозяйка, госпожа, наставница". Фамилия Эллис - от средневекового имени Elis, которое восходит к библейскому имени Eliyahu - "мой бог - Яхве". Фамилия Геллхорн в переводе с немецкого означает "жёлтый рог".