Martha Jeffersons mor, Martha Eppes Wayles, dog mindre än tre veckor efter att hennes dotter föddes. John Wayles, hennes far, gifte sig ytterligare två gånger och förde två styvmödrar i unga Marthas liv: Mary Cocke och Elizabeth Lomax.
Martha Eppes hade också förat äktenskapet en afrikansk slav, en kvinna och den kvinnans dotter, Betty eller Betsy, vars far var den engelska kaptenen på slaveskeppet, kapten Hemings. Kapten Hemings försökte köpa mamman och dottern från John Wayles, men Wayles vägrade.
Betsy Hemings hade senare sex barn av John Wayles som alltså var halvsyskon till Martha Jefferson; en av dem var Sally Hemings (1773-1835), som senare skulle spela en viktig roll i Thomas Jeffersons liv.
Martha Jefferson hade ingen känd formell utbildning men undervisades i sitt familjhem, "The Forest", nära Williamsburg, Virginia. Hon var en klar pianist och cembalo.
År 1766 gift Martha 18 år Bathurst Skelton, en angränsande planterare, som var bror till hennes styvmor Elizabeth Lomax första make. Bathurst Skelton dog 1768; de hade en son, John, som dog 1771.
Martha gifte sig igen, på nyårsdagen 1772, denna gång med en advokat och medlem av Virginia House of Burgesses, Thomas Jefferson. De gick för att bo i en stuga på hans mark där han senare skulle bygga herrgården, på Monticello.
När Martha Jeffersons far dog 1773, ärvde Martha och Thomas hans land, skulder och slavar, inklusive fem av Marthas Hemings halvsystrar och halvbröder. Tre fjärdedelar vita, Hemingses hade en mer privilegierad position än de flesta slavar; James och Peter tjänade som kockar på Monticello, James följde Thomas till Frankrike och lärde sig kulinariska konst där.
James Hemings och en äldre bror, Robert, befriades så småningom. Critta och Sally Hemings tog hand om Martha och Thomas två döttrar och Sally följde dem till Frankrike efter Marthas död. Thenia, den enda som såldes, såldes till James Monroe, en vän och kollega Virginia, och en annan framtida president.
Martha och Thomas Jefferson hade fem döttrar och en son; bara Martha (kallad Patsy) och Maria eller Mary (kallad Polly) överlevde till vuxen ålder.
Martha Jeffersons många graviditeter var en påfrestning på hennes hälsa. Hon var ofta sjuk, inklusive en gång med smittkoppor. Jeffersons politiska aktiviteter tog honom ofta hemifrån, och Martha följde troligen honom ibland. Han tjänade, under deras äktenskap, i Williamsburg som medlem av Virginia House of Delegates, i Williamsburg och sedan Richmond som Virginia's guvernör, och i Philadelphia som medlem av den kontinentala kongressen (där han var huvudskribenten till självständighetsförklaringen 1776). Han erbjöds en position som kommissionär i Frankrike men avvisade den för att förbli nära sin fru.