Marta Gottwaldová se narodila jako Marie Holubová a byla nemanželským dítětem chudé vdovy. Z neznámých důvodů si začala říkat Marta. Učila se servírkou, ale školu nechala a pracovala jako služka.
Svého manžela Klementa Gottwalda poprvé potkala v roce 1919 a o rok později mu porodila dceru Martu (1920–1998), o kterou se nejprve starala sama, protože Gottwald sice otcovství přiznal, ale svatbu odmítal. Žít spolu začali až v roce 1924, svatbu měli 21. března 1928.
Marta Gottwaldová nikdy nevstoupila do KSČ, ale vždy byla svému manželovi věrnou společnicí a oporou. Po vydání zatykače na Gottwalda v roce 1939 společně emigrovali do SSSR, kde se Gottwald stal tajemníkem Exekutivy Komunistické internacionály.
Po válce si jejich dceru Martu vzal Alexej Čepička, budoucí armádní generál a ministr.
Po převratu v roce 1948 se Klement Gottwald stal prezidentem a Marta první dámou Československa (takže figuruje na stejném seznamu, jako např. Lívia Klausová či Dáša Havlová). Snažila se napodobit svou předchůdkyni Hanu Benešovou, ale díky odlišnému způsobu života, výchově a v neposlední řadě i obézní postavě se jí nikdy nepodařilo dosáhnout její elegance a už vůbec ne obliby u lidí.
Zemřela krátce po svém manželovi po závažné nemoci. Její lékař uvedl, že šlo o rakovinu ženských orgánů, ale jiné zdroje uvádějí, že to byl karcinom štítné žlázy, se kterou měla problémy celý život, což byla i příčina její obezní postavy.