Alors qu'elle n'a que 16 ans, Marthe Keller se fracture le ménisque et doit renoncer à une carrière de danseuse. Après être passée par l'école Stanislavsky à Munich, en Allemagne, elle débute au Schiller Theater et est remarqué par Philippe De Broca qui la choisit pour jouer dans «Le Diable par la queue» et «Les Caprices de Marie». Le feuilleton «La Demoiselle d'Avignon» la rend très populaire en France. «Marathon Man» de John Schlesinger lui ouvre les portes d'Hollywood où elle tournera pour Sydney Pollack, John Frankenheimer ou encore Billy Wilder. Au début des années 2000, elle met en scène des opéras. Nicolas Henry signe le portrait éclairant d'une actrice polyglotte, à la curiosité insatiable.