Elsa Martinelli débute dans le mannequinat et aborde le cinéma en 1953. Kirk Douglas la remarque et en fait sa partenaire dans le western La rivière de nos amours (1955) d’André de Toth.
C’est sans doute la réussite de cette prestation qui lui vaut d’être au générique de Hatari ! (1962) de Howard Hawks.
Entre-temps, l’actrice obtient le prix d’interprétation féminine au Festival de Berlin 1956 pour Donatella de Mario Monicelli.
Car cette belle brune plantureuse, douée pour le drame comme la comédie, est restée fidèle au cinéma italien, dont elle est l’une des vedettes populaires du milieu des années 50 au début des années 70.
Elsa Martinelli est ainsi à l’affiche d’œuvres aussi diverses que La fille de la rizière (1956) de Raffaello Matarazzo, Les garçons (1959) de Mauro Bolognini, La dixième victime (1965) d’Elio Petri ou Perversion Story (1969) de Lucio Fulci.
Mais elle accepte aussi des propositions dans des coproductions internationales. On la voit alors dans Et mourir de plaisir (1960) de Roger Vadim, Le procès (1962) d’Orson Welles, ou Hôtel international (1963) d’Anthony Asquith.
Dans les années 70, elle crée une entreprise de design et se retire progressivement du cinéma, tournant son dernier long métrage en 1992. Elle travaille encore un peu pour la télévision italienne jusqu’en 2004, et met définitivement un terme à sa carrière d’actrice.
