Kellie Martin commence sa carrière d'actrice grâce à sa tante qui était la nounou des enfants de Michael Landon (Charles Ingalls dans La Petite Maison dans la prairie). Il lui fait passer une audition, et elle décroche un petit rôle dans Father Murphy, dirigé par Michael Landon. Elle est alors âgée de 7 ans. Quatre ans plus tard, elle joue dans le téléfilm Le chat le plus riche du monde, commençant sa carrière d'actrice.
Depuis l'âge de 10 ans, elle multiplie les apparitions. On peut la voir au cinéma et dans de nombreux téléfilms. Elle participe aussi à de nombreuses séries. À 14 ans, elle décroche son premier rôle régulier dans une série à la télévision où elle incarne Rebecca « Becca » Thatcher dans la série Corky, un adolescent pas comme les autres, pendant quatre ans.
Elle double également des voix de dessins-animés, comme celle de Daphné dans Scooby-Doo.
C'est en interprétant le rôle de Lucy Knight(en) dans la série Urgences à partir de 1998, qu'elle accède à une large notoriété et s'impose vite comme un des personnages phares de la série, en tant que médecin stagiaire maladroite. Kellie Martin quitte la série en 2000 juste après la mort brutale de sa sœur, en partie parce que les plateaux de la série lui rappelaient trop ces moments pénibles[1],[2].
Elle a également obtenu un diplôme en histoire de l'art à l'Université Yale et rêve de travailler au célèbre Metropolitan Museum of Art. C'est à l'université qu'elle a rencontré son futur mari, Keith Christian, alors qu'ils étaient tous deux étudiants[1].
Vie privée
Kellie Martin est mariée depuis le à l'acteur Keith Christian[1]. Le couple a deux filles : Margaret (Maggie) Heather Christian, née le et Olivia James Christian, née le [1].