Σύμφωνα με τον ψυχίατρο Δημήτρη Σούρα, αισθάνθηκε μια ξαφνική αδιαθεσία και έφυγε για τη γειτονιά των αγγέλων
Η σπουδαία καλλιτέχνις άφησε την τελευταία της πνοή, το μεσημέρι της Κυριακής στις 12:50.
Στο πλευρό της μέχρι το τελευταίο λεπτό ήταν ο ψυχίατρος, Δημήτρης Σούρας. Όπως είπε, ειδοποιήθηκε από την αδελφική της φίλη Ντόρα ότι η ηθοποιός δεν αισθάνεται καλά, της είπε να ειδοποιήσει ασθενοφόρο και προτού βρεθεί στο πλευρό της η αγαπημένη καλλιτέχνις έφυγε από τη ζωή.
Σύμφωνα με πληροφορίες, η Μάρθα Καραγιάννη αντιμετώπιζε 'κάποια προβλήματα υγείας εδώ και έναν χρόνο, αλλά σύμφωνα με το περιβάλλον της δεν ήταν τόσο σοβαρά και ο θάνατός της ήταν αναπάντεχος.
Η Μάρθα Καραγιάννη γεννήθηκε το Νοέμβριο του 1939 στην Αθήνα από γονείς ποντιακής καταγωγής. Η μητέρα της Δόμνα γεννήθηκε στο Μπακού και ο πατέρας της Χαρίλαος στο Αικατερινεντάρ. Μεγάλωσε στο Κερατσίνι.
Σπούδασε χορό και από τα οχτώ της χρόνια άρχισε να δίνει παραστάσεις στη Λυρική Σκηνή συμμετέχοντας στο παιδικό μπαλέτο της Λουκίας Σακελλαροπούλου (μαζί με την Ελένη Προκοπίου).
Το ντεμπούτο της στον κινηματογράφο το έκανε σε ηλικία 17 ετών (1956) στην ταινία της Φίνος Φιλμς, «Η άγνωστος», σε σκηνοθεσία Ορέστη Λάσκου. Το δοκιμαστικό στα στούντιο του Φίνου το έκανε με τον Αριστείδη Καρύδη Φουξ και τον Ντίνο Κατσουρίδη.
Το θεατρικό της ντεμπούτο έγινε το 1957 στην επιθεώρηση «Ελέφαντες και ψύλλοι» εκεί όπου γνωρίστηκε με το Γιάννη Δαλιανίδη. Προηγουμένως την είχε δει ο Ναπολέων Ελευθερίου να χορεύει στο κέντρο «Σε λα πεν» και της έκανε την πρόταση να παίξει στη συγκεκριμένη επιθεώρηση. Αργότερα συνεργάστηκε με τον επιχειρηματία του μουσικού θεάτρου Βασίλη Μπουρνέλη (Θέατρο Ακροπόλ).
Στην τηλεόραση εμφανίζεται πρώτη φορά στη σειρά «Ο Δρόμος», 1977 το σενάριο της οποίας υπέγραφε αρχικά και μέχρι το θάνατό του ο Κώστας Πρετεντέρης.
Η κινηματογραφική της καριέρα συνδέθηκε με τα λαμπερά μιούζικαλ και τις κωμωδίες του Γιάννη Δαλιανίδη. Η συνεργασία τους ξεκίνησε το 1961 στην ταινία Ζητείται ψεύτης. Η ίδια λέει χαρακτηριστικά ότι, αν και ήταν μόλις 21-22 χρόνων, ο Φίνος τη θεωρούσε «φθαρμένη» γιατί είχε πάρει ήδη μέρος σε ταινίες τις οποίες ο σημαντικός παραγωγός τις χαρακτήριζε μέτριες.
Το μοναδικό μιούζικαλ στο οποίο η Μάρθα Καραγιάννη δεν χόρεψε, ήταν το «Μερικοί το προτιμούν κρύο», γιατί αρχικά στο ρόλο της επρόκειτο να εμφανιστεί η Άννα Φόνσου. Μάλιστα είχε γίνει και δεύτερη πρόταση στην Πόπη Λάζου.Στη μουσική ταινία «Οι θαλασσιές οι χάντρες», 1967 εμφανίζεται ως καθαρά κωμική ηθοποιός κάτι στο οποίο επέμεινε πολύ ο Γιάννης Δαλιανίδης παρότι η ίδια πρόβαλλε σθεναρή αντίσταση θεωρώντας ότι ήθελε ο σκηνοθέτης να προβάλλει τη Ζωή Λάσκαρη ενώ αντίθετα εκείνος της είπε ότι έτσι της δίνει ψωμί για μέχρι τα γεράματά της εννοώντας ότι μπορούσε να ξεχωρίσει και να σταθεροποιηθεί στην κωμωδία και να απαγκιστρωθεί από την εικόνα της λαμπερής σουμπρέτας-χορεύτριας που έχει όριο λήξης.
Τραγούδησε πρώτη φορά στην ταινία «Καπετάνιος για κλάματα», 1960 («Σαν φυσά το μαϊστράλι») αλλά έκανε μεγάλη επιτυχία τραγουδώντας στην ταινία «Γοργόνες και μάγκες», 1968 («Ο άνδρας που θα παντρευτώ»). Επίσης τραγούδησε στη βιντεοταινία «Μια τρελή, τρελή ζωντοχήρα», 1988.
Η ταινία «Ο παράς κι ο φουκαράς» είναι η τελευταία ταινία που έκανε εκτός Φίνου γιατί στη συνέχεια υπέγραψε συμβόλαιο αποκλειστικής συνεργασίας με τη μεγάλη κινηματογραφική εταιρία. Το 1965 θα κάνει ένα χαριτωμένο πέρασμα στην ταινία του Γιώργου Κωνσταντίνου, 5000 ψέματα.
Το 1969, θα παίξει ένα δραματικό ρόλο στην ταινία του Νίκου Φώσκολου, «Πεθαίνω κάθε ξημέρωμα», και ένα ρόλο κωμικό στην ταινία του Ντίνου Δημόπουλου, Η ωραία του κουρέα.
Η συνεργασία της με το Γιάννη Δαλιανίδη και τον Κώστα Βουτσά απογειώθηκε στην ταινία «Το ανθρωπάκι», 1969.
Τελευταία ταινία εκείνη την περίοδο είναι Ο Μάγκας με το τρίκυκλο, 1972 ενώ θα επανέλθει μερικά χρόνια αργότερα με την ταινία πρωταγωνιστών του Γιώργου Λαζαρίδη, Ο Ποδόγυρος, 1980.
Τελευταία έπαιξε στις ταινίες: «Πεθαίνω για σένα», 2009 και «Από έρωτα», 2014.
