Stefanie Martini se crió en North Somerset en el condado de West Country. Tras estudiar en un instituto local (donde aprobó todas las asignaturas de canto clásico), Martini se matriculó en una licenciatura de arte en Weston College (Weston-Super-Mare). Durante un año participó en un proyecto teatral titulado 'Made in Bristol' en el reconocido Bristol Old Vic Theatre, gracias al que obtuvo una plaza en la prestigiosa Real Academia de Arte Dramático (RADA) para estudiar interpretación.

Se licenció en 2015 con matrícula de honor en Interpretación y al poco logró el papel protagonista en 'Doctor Thorne' (2016-), una serie dramática en tres partes emitida en primavera del año pasado. Julian Fellowes, creador de la galardonada serie 'Downton Abbey' (2010-2015), adaptó la serie a partir de una de sus novelas favoritas del escritor Anthony Trollope para la cadena británica ITV, con producción de Harvey Weinstein. Martini interpretaba a Mary, la joven sobrina del personaje interpretado por Tom Hollander. La actriz también obtuvo un papel de estrella invitada en la aclamada serie de ITV 'Endeavour' (2012-). Interpretó a Lady Ev, una de las protagonistas de la esperada serie fantástica de la NBC 'Emerald City' (2017), cuyos 10 capítulos se estrenarán en EE. UU. el 6 de enero de este año. Otro papel con el que dio el pistoletazo de salida al año 2017 fue el de Jane Tennison, en la esperadísima precuela de la serie de ITV 'Prime Suspect' (1991-2006), 'Prime Suspect 1973' (2017).

Termina el año compartiendo cartel con Gillian Anderson y Glenn Close en la adaptación cinematográfica de la novela de Agatha Christie La casa torcida, que se estrenará a finales de 2017.