Martha Graham commence à s'intéresser à la danse très jeune, après avoir vu danser Ruth Saint Denis dans les années 1910. Ce n'est qu'à l'âge de 22 ans, en 1916, qu'elle envisage une carrière professionnelle en entrant à la Denishawn School. En 1925, elle commence à enseigner la danse à la Eastman School of Music à Rochester, avant de fonder sa propre école. En 1926, elle fonde sa propre compagnie, The Martha Graham Dance Company, à laquelle participèrent nombre de danseuses (la troupe étant exclusivement féminine jusqu'en 1938), dont Sophie Maslow (en), Anna Sokolow, Jean Erdman et Jane Dudley (en), qui toutes quatre rejoignirent ensuite le New Dance Group, plus ou moins impliqué dans le mouvement des droits civiques.

Son style unique de danse moderne est le reflet de l'art moderne de son époque. Ses créations la rendent très vite célèbre pour les innovations qu'elle apporte à la danse moderne. Figure importante de la danse moderne, on lui doit une technique fondée sur la respiration, la contraction et la détente du corps, ainsi que de nombreuses œuvres comme Lamentation (1930), Cave of the Heart (1946) et The Rite of Spring (1984). Elle mesurait 1 mètre 60 mais paraissait souvent plus grande sur scène grâce à des costumes qu'elle avait le goût de choisir.

En 1981, elle reçoit le tout premier American Dance Festival Award pour l'ensemble de sa carrière. En 1998, le magazine américain Time a désigné Martha Graham comme la « danseuse du siècle » et l'une des personnalités les plus importantes du XXe siècle.

Jusqu'à un âge très avancé, Martha Graham a accompagné les membres de sa troupe dans leurs tournées à travers les États-Unis et le reste du monde, pour superviser leur travail. On l'a ainsi vue, en juillet 1987, apparaître en fin de représentation, pour une standing ovation, sur la scène dressée dans la Cour d'honneur du palais des Papes, lors d'une série de représentations données dans le cadre du Festival