Martina Colombari nasce a Riccione nel 1975 e termina il suo percorso di studi conseguendo la maturità scientifica. Nell'ottobre 1991, subito dopo essere stata eletta Miss Italia, viene chiamata dalla famosa agenzia internazionale di modelle Riccardo Gay Model Management e viene inserita tra le top models internazionali dell’epoca, per poi essere scelta fra quelle che avrebbero sfilato in quella stagione per le più grandi griffe di moda.
Sfila per Giorgio Armani, Gianni Versace, Blumarine, Roberto Cavalli, per citare i nomi più noti; in seguito partecipa ai più importanti eventi di moda televisivi di allora, come Donna sotto le stelle in Piazza di Spagna ed in Piazza Navona, preludio di quello che diventerà in seguito Altaroma. Inizia così una ventennale carriera nella moda, che la porta a lavorare con i più grandi fotografi del mondo e le più importanti testate di moda. Presta la sua immagine a numerosi marchi per campagne pubblicitarie di abbigliamento, accessori, cosmetici e prodotti di lusso. Parallelamente si esibisce in televisione con il ruolo di co-conduttrice in vari programmi: Un disco per l'estate, Vota la voce, Super, Juve centus, Controcampo (nel 1998), Goleada e Galagoal.
Dopo aver studiato dizione con l'attrice Giorgia Trasselli e recitazione con Beatrice Bracco, nel 1991 debutta come attrice nel film Abbronzatissimi (regia di Jerry Calà), a cui seguono nel 1998 Paparazzi (regia di Neri Parenti), e poi nel 200 Quello che le ragazze non dicono (diretto da Carlo Vanzina), e nel 2001 She (regia di Timothy Bond).
Nel 2002 esordisce come attrice televisiva nella serie tv di Canale 5 Carabinieri, in cui è Gioia Capello, ruolo che recita anche in Carabinieri 2. L'anno successivo è protagonista nel ruolo della nutrizionista Carlotta Wilson nella terza stagione di Un medico in famiglia. Nel 2004 è su Rai2 come protagonista della serie Diritto di difesa, e nel 2006 è invece protagonista delle due stagioni della sit-com Radio Sex, trasmesse da Alice Home TV e poi dal canale satellitare SKY Show, oltre ad apparire su Canale 5 in alcuni episodi de I Cesaroni.
Nel 2008 ritorna ad interpretare il ruolo di Gioia Capello nella settima stagione di Carabinieri, e di Rachele nella seconda stagione de I Cesaroni. Nello stesso anno è tra gli interpreti della miniserie tv di Rai1 Fidati di me (regia di Gianni Lepre), e del film tv di Canale 5 VIP (regia di Carlo Vanzina). Nel 2009 partecipa come guest star in un episodio della fiction di Rai1 Don Matteo 7 con Terence Hill e Nino Frassica, in onda a partire da settembre.
Nel 2010 è interprete in Al di là del lago, in onda su Canale 5, ed è protagonista della fiction di Rai1 Il restauratore, con Lando Buzzanca (regia Capitani - Basile).
Nel novembre 2010 firma la mostra fotografica "Martina_invisibile", autoritratti scattati da Martina che vengono esposti a Milano allo Spazio Forma su progetto di Settimio Benedusi, con Dennis Curti curatore.
Il 16 febbraio 2011 esce il libro autobiografico “La vita è una” (edito da Rizzoli), scritto in collaborazione con Luca Serafini, con sottotitolo "Da Miss Italia a volontaria nel cuore di Haiti, la straordinaria avventura di una ragazza quasi normale".
Nel 2011 partecipa come concorrente del talent show Baila!, condotto su Canale 5 da Barbara d'Urso, ballando in coppia con il nuotatore Luca Marin. Sempre nello stesso anno interpreta il ruolo di Maddalena nella serie televisiva Il restauratore, in onda su Rai1.
È stata fidanzata con Alberto Tomba per tre anni.