Actrice américaine, Martha Plimpton est la fille de l’acteur Keith Carradine et de Shelley Plimpton, actrice de la comédie musicale Hair. Martha débute sa carrière à l’âge de 10 ans sur les scènes de New York et l’année suivante au cinéma dans Une femme d’affaires (Pakula, 1981). On la retrouve adolescente en vedette dans The River Rat (Rickman, 1984), puis dans Les Goonies (Donner, 1985). Elle interprète ensuite la fille de Harrison Ford dans Mosquito Coast (Weir, 1986) et donne ainsi la réplique à River Phoenix qui devient son petit ami. Après avoir joué dans Le bayou (Konchalovsky, 1987), elle retrouve River Phoenix pour A bout de course (Lumet, 1988), s’impose encore dans Une autre femme (Allen, 1988) et remporte un gros succès aux Etats-Unis dans Portrait craché d’une famille modèle (Howard, 1989).
Martha Plimpton poursuit cette ascension avec Stanley et Iris (Ritt, 1990) et devient l’héroïne de la comédie adolescente Samantha (La Rocque, 1991) dont elle joue le rôle-titre. La suite est moins prestigieuse, avec des téléfilms qui l’amènent à tourner dans des films plus indépendants comme Mrs Parker et le cercle vicieux (Rudolph, 1994), I Shot Andy Warhol (Harron, 1996) et Pecker (Waters, 1998).
Dans les années 2000, Martha Plimpton se consacre essentiellement à la télévision et on la voit dans des programmes comme Urgences, Grey’s Anatomy, The Good Wife, Raising Hope, Younger et Generation. Parallèlement, elle rencontre de beaux succès sur les planches tout au long des années 2000. Au cinéma, on l’a vu dans Remember Me (Coulter, 2010) et on a entendu sa voix dans La reine des neiges 2 (Buck, Lee, 2019).