La madre di Martha Jefferson, Martha Eppes Wayles, è morta meno di tre settimane dopo la nascita di sua figlia. John Wayles, suo padre, si è sposato altre due volte, portando due matrigna nella vita della giovane Martha: Mary Cocke ed Elizabeth Lomax.
Martha Eppes aveva anche portato al matrimonio uno schiavo africano, una donna e la figlia di quella donna, Betty o Betsy, il cui padre era il capitano inglese della nave schiava, il capitano Hemings. Il capitano Hemings ha cercato di acquistare la madre e la figlia da John Wayles, ma Wayles ha rifiutato.
Betsy Hemings in seguito ebbe sei figli da John Wayles, che erano quindi fratellastri di Martha Jefferson; uno di questi era Sally Hemings (1773-1835), che in seguito avrebbe avuto un ruolo importante nella vita di Thomas Jefferson.
Martha Jefferson non aveva un'istruzione formale nota ma era istruita nella sua casa di famiglia, "The Forest", vicino a Williamsburg, in Virginia. Era un'abile pianista e clavicembalista.
Nel 1766, a 18 anni, Martha sposò Bathurst Skelton, una piantatrice vicina, che era il fratello del primo marito della matrigna Elizabeth Lomax. Bathurst Skelton morì nel 1768; ebbero un figlio, Giovanni, che morì nel 1771.
Martha si sposò di nuovo, nel giorno di Capodanno del 1772, questa volta con un avvocato e membro della Virginia House of Burgesses, Thomas Jefferson. Andarono a vivere in un cottage sulla sua terra dove in seguito avrebbe costruito la dimora, a Monticello.
Quando il padre di Martha Jefferson morì nel 1773, Martha e Thomas ereditarono la sua terra, i suoi debiti e gli schiavi, tra cui cinque sorellastre e fratellastri di Martha's Hemings. Tre quarti bianchi, gli Hemingses avevano una posizione più privilegiata rispetto alla maggior parte degli schiavi; James e Peter servirono come cuochi a Monticello, James accompagnò Thomas in Francia e lì imparò l'arte culinaria.
James Hemings e un fratello maggiore, Robert, furono infine liberati. Critta e Sally Hemings si prese cura delle due figlie di Martha e Thomas, e Sally le accompagnò in Francia dopo la morte di Martha. Thenia, l'unica venduta, fu venduta a James Monroe, un amico e collega Virginia, e un altro futuro presidente.
Martha e Thomas Jefferson avevano cinque figlie e un figlio; solo Martha (chiamata Patsy) e Maria o Maria (chiamata Polly) sopravvissero fino all'età adulta.
Le molte gravidanze di Martha Jefferson hanno messo a dura prova la sua salute. Era spesso ammalata, anche una volta con il vaiolo. Le attività politiche di Jefferson lo portavano spesso lontano da casa, e Martha probabilmente lo accompagnava a volte. Durante il loro matrimonio, prestò servizio a Williamsburg come membro della Virginia House of Delegates, a Williamsburg e poi a Richmond come governatore della Virginia, e a Filadelfia come membro del Congresso continentale (dove fu il principale scrittore della Dichiarazione di Indipendenza nel 1776). Gli fu offerto un posto come commissario in Francia, ma rifiutò di rimanere vicino a sua moglie.