Pianiste, elle prend cependant la voie de la comédie. Marthe Villalonga, après de nombreuses séries télé, elle décroche un premier rôle au cinéma dans Le Clair de terre en 1970. Son premier succès public viendra avec les films d'Yves Robert Un éléphant ça trompe énormément et Nous irons tous au paradis où elle joue la mère de Guy Bedos. Ce rôle lui collera d'ailleurs à la peau car elle sera souvent engagée pour jouer la mère juive. La série Maguy lui permettra de s'imposer dans le coeur du public. André Téchiné lui donne l'occasion de diversifier son jeu dans deux de ses films, Les Innocents et surtout Ma saison préférée. Elle reçoit en 1997 Le Prix "Reconnnaissance des cinéphiles" à Puget-Théniers décerné par l'Association "Souvenance de cinéphiles" pour l'ensemble de sa carrière.