Martina Válková se narodila v roce 1975 ve Znojmě. Chtěla se stát učitelkou (oba rodiče pracovali ve školství) a proto studovala střední pedagogickou školu. Poté studovala herectví na brněnském JAMU (dokončila roku 1998). Již během studia hostovala v Mahenově činohře Národního divadla (1996-2000), kde se nejprve objevila jako Jenůfa ve stejnojmenné hře a dále jako Číča ve Feydauově Dámě nebo jako Milionářka v Bernhardově hře Immanuel Kant. V roce 2000 získala stálé angažmá v pražském Národním divadle, kde si zahrála např. ve hrách Hadrián z Římsů (role Ruměny) nebo Komedie omylů (role Luciany). Roku 2002 hrála postavu jedné dcery krále Leara (Jan Tříska) v letních hrách na Pražském hradě.

Martina Válková se objevuje také na televizní obrazovce. Zahrála si mj. dívku, do které se zamiluje Martin Tomsa v seriálu DETEKTIV MARTIN TOMSA, nebo jeptišku v ČETNICKÝCH HUMORESKÁCH. Dříve natáčela v brněnské televizi pořad Bakaláři. Rovněž je činná v dabování filmů.

V roce 2004 si zahrála redaktorku Kateřinu v serialu TV Nova REDAKCE. Jejími kolegy v Redakci byli např. Milan Šteindler (Lubor), David Matásek (Viktor), Michal Novotný (Zdeněk), Zdena Hadrbolcová (Emílie) nebo Dana Batulková (Anna).

Manželem Martiny Válkové byl známý dirigent a sbormistr Roman Válek se kterým se rozvedla v roce 2005.