Filha do sambista Martinho da Vila e da cantora Anália Mendonça (seu nome é uma mistura dos nomes dos pais), a cantora nasceu no bairro de Pilares, Zona Norte do Rio de Janeiro. Desde criança foi cercada pela música. Mart'nália afirmou em entrevista:
“
Com quatro anos de idade, em Pilares, meu pai tocava um reco-reco rosa numa roda de samba com amigos. Lembro dele saindo pela porta e, como num passe de mágica, entrando na televisão. Achava isso o máximo. Minha casa era uma festa. Cresci com Clara Nunes e João Donato na minha sala.[2][ligação inativa]
”
Iniciou a carreira profissional aos 16 anos, fazendo vocais de apoio para o pai ao lado dos irmãos Pinduca e Analimar. Em meados da década de 1990, passou a realizar apresentações em circuitos de bares, pequenas casas noturnas e até teatros do Rio de Janeiro, o que culminou no lançamento de seu CD Minha Cara, mais voltado para o samba-canção.
A partir de 1994, passou a integrar o grupo Batacotô, com quem lançou o Samba dos Ancestrais. A artista também foi percussionista da banda de Ivan Lins. Mart'nália teve também o privilégio de se tornar apadrinhada de grandes nomes da Jovem Guarda, graças a seu pai. Caetano Veloso foi o diretor artístico de seu álbum, Pé do meu Samba, além de compor a faixa-título, e Maria Bethânia produziu Menino do Rio.
A partir desses dois álbuns, Mart'nália passou a atrair maior atenção da mídia e a ter uma agenda de shows bem mais estabelecida em todo o país, abrindo caminho para turnês internacionais pela Europa e África.
Foi escolhida por Miguel Falabella para integrar o elenco da série exibida na Rede Globo, Pé na Cova, que começou a ser transmitida em janeiro de 2013. Ela faz o papel de um homem transexual, o mecânico "Tamanco", que vive um romance com a stripper virtual "Odete Roitman". Tamanco também é irmão de "Markassa", uma travesti que também trabalha como o mecânico "Marcão".[3]
A primeira apresentação de Mart'nália com a presença de público durante a pandemia de COVID-19, aconteceu em 28 de novembro de 2020, na Sala São Paulo, na capital paulista, junto com Zélia Duncan. A apresentação fez parte da série Encontros Históricos, com a Orquestra Jazz Sinfônica e teve todos os cuidados de distanciamento e demais protocolos sanitários.[4]