היא נולדה כאתל אגנס צימרמן (Ethel Agnes Zimmermann), להורים ממוצא גרמני וסקוטי ברובע קווינס בניו יורק ומגיל צעיר הלכה לצפות במחזות בברודוויי. היא עבדה כמזכירה בחברת מסחר למכוניות ועבדה במקביל בוודוויל בתיאטרון פלס, ב"סקנדלים" של ג'ורג' וייט, למוזיקה של ג'ורג' גרשווין. בהדרגה הפכה להיות שחקנית וזמרת במשרה מלאה, בלי ללמוד שיעורי פיתוח קול. הופעתה במחזמר Girl Crazy (1930) אותו כתבו ג'ורג' ואיירה גרשווין ובייחוד שירתה את הלהיט I Got Rhythm ממחזה זה הפכו אותה לכוכבת.
בהמשך שיתפה פעולה עם קול פורטר בחמישה מחזות זמר, בייחוד Anything Goes (1934), בו שרה את הלהיטים I Get a Kick Out of You ו-Anything Goes; ו-Red, Hot and Blue ועם אירווינג ברלין. השניים ניצלו גם את יכולות המשחק הקומי שלה בדואטים עם בני זוגה להופעות אלה. מרמן הופיעה בברודוויי עד 1970. תפקידה האחרון היה דולי בהפקת !Hello, Dolly.
מרמן הייתה נשואה ארבע פעמים. לביל סמית (1940 - 1941), לרוברט לויט (1941 - 1952) ממנו נולדו לה שני ילדים, לרוברט סיקס (1953 - 1960) ולשחקן ארנסט בורגניין לו הייתה נשואה 32 ימים ב-1964.
קולה הרם והמתכתי של מרמן הפך אותה למושא לפרודיות. בסרט בוקר טוב, וייטנאם מחקה השדרן אדריאן קרונאואר (בגילומו של רובין ויליאמס) את מרמן השרה את "!I've got a feeling that love is here to stay" בקול רם ומשבשת את המכ"ם הרוסי.
בפרק "השוד" מהסדרה סיינפלד (1990) מתלוננת איליין בניס על שותפתה הרעשנית: "זה כמו לגור עם אתל מרמן, רק בלי הכישרון".