Epouse du comédien Michel de Ré.Martine Sarcey fait ses débuts d'actrice en 1952 en apparaissant dans L'Agence matrimoniale de Jean-Paul Le Chanois. Dès lors, elle multiplie les petits rôles dans Les Intrigantes (1954), Le Caid de Champignol (1965) ou encore Le Voleur (1967) de Louis Malle. Mais c'est à partir des années 70 que la comédienne connaît une activité florissante tant sur le grand écran que le petit. Vedette des séries La Porteuse de pain (1973) et La Mort d'un touriste (1975), elle s'illustre dans des rôles de femmes mûres mais désirables pour des comédies grand public : à l'affiche de A nous les petites Anglaises (1976), elle tente d'obtenir les faveurs de Jean Rochefort dans Un éléphant, ca trompe énormement (id.), recherche l'aventure d'une nuit avec Victor Lanoux dans Un Moment d'égarement (1977), succombe au charme d'un adolescent épris d'elle dans L'Hôtel de la plage (1978) et incarne un proviseur en mal d'autorité dans P.R.O.F.S (1985) de Patrick Schulmann.Hormis quelques apparitions dans La Maison assassinée (1986), Jefferson à Paris (1995), La Maladie de Sachs (1999) et L'Equipier (2004), où elle interprète le personnage de Camille âgée, Martine Sarcey se montre davantage présente à la télévision en jouant dans Les Maîtres du pain (1993), Une femme en blanc (1997) et Une belle journée (2001), et au théâtre en se produisant notamment dans la pièce L'Inscription (2004). Parallèlement, elle se spécialise dans le doublage, prêtant sa voix à She Ra et à Samantha dans les versions françaises du célèbre dessin animé et de la série Ma sorcière bien-aimée.