Народилася 30 січня 1935 (за іншими даними 3 серпня 1932) року в [[Гроссето]], Т[[оскана]], Італія. Справжнє прізвище — Тіа. На початку 50-х років разом з батьками переїхала до Риму[[Рим]]у. Починала як модель, працювала з відомим італійським дизайнером одягу Роберто Капуччі, який ввів її у світ моди. У кіно дебютувала в одній з новел фільму режисера Карло Камподжалліані «Якщо я виграю мільйон» (Ганна, 1953). Міжнародну популярність здобула після виконання головних ролей у комедії Маріо Монічеллі «Донателла» (1956, премія «Срібний ведмідь» на МКФ в Західному Берліні, 1956) і в голлівудському фільмі «Індіанський воїн» (Оханті, 1955) Знімалася у фільмах найбільших кінорежисерів: Клода Отана — Лара, [[Орсон Уеллс|Орсона Уеллса]], Ховарда Хоукса та інших. Успіх супроводжував Мартінеллі і в Голлівуді. З середини 70-х років поступово втратила колишню популярність. Актриса знімалася в італійських телесеріалах. Одна з останніх ролей — герцогиня де Монтефорте в серіалі «Orgoglio» (2004). У 1957 році Ельза Мартінеллі вийшла заміж за графа Франко Манчінеллі Скотті ді Сан Віо. Італійська актріса Христина Манчінеллі — дочка Ельзи Мартінеллі.
