Marte Olsbu Røiseland debuteerde in de wereldbeker biatlon op 27 november 2012 met een deelname aan de 15 km Individueel in Östersund. Daarmee behaalde ze haar eerste wereldbekerpunten. Voor een eerste individuele podiumplaats in de wereldbeker was het wachten tot 16 maart 2016 wanneer ze een derde plaats behaalde in de sprint van Khanty-Mansiysk. Haar eerste wereldkampioenschapsmedaille behaalde Olsbu Røiseland op 3 maart 2016 met brons in de gemengde estafette, enkele dagen later zou het eerste goud volgen in de estafette. Haar eerste wereldbekerzege behaalde Olsbu Røiseland op 21 december in Nové Město.
Tijdens de Olympische Winterspelen 2018 in Pyeongchang behaalde ze haar eerste olympische medailles met zilver in zowel de sprint als de gemengde estafette. Op de wereldkampioenschappen biatlon in Antholz zou Olsbu Røiseland in alle 7 de disciplines een medaille weten te behalen, daarmee werd ze de eerste biatleet die hier in slaagde. Op de olympische won Olsbu Røiseland een medaille elk van de 4 individuele onderdelen, ze was de eerste biatleet om dit te verwezenlijken. Daarnaast behaalde ze in het seizoen 2021/2022 ook de eindoverwinning in de wereldbeker en ook de eerste plaats in de disciplinecups voor de sprint en de achtervolging. Voor aanvang van het seizoen 2022/2023 raakte bekend dat Marte Olsbu Røiseland niet zou deelnemen aan de eerste wereldbekermanches door een voorbereiding die als gevolg van een ziekte verstoord werd.[1] Voor de laatste wereldbekermanche in Oslo Holmenkollen maakte Olsbu Røiseland bekend dat dit haar laatste competitie zou zijn op het hoogste niveau.[2]
