Martine Rouchaud est née à Paris dans une famille de la grande bourgeoisie intellectuelle. Son père est l'homme d'affaires André Rouchaud, sa mère la journaliste Françoise Brisson, co-rédactrice en chef du Journal, quotidien littéraire ancré à droite. Martine Rouchaud est la nièce de Pierre Brisson, célèbre directeur du Figaro. Après le Conservatoire, elle commence, au début des années 1950, une carrière de comédienne sous le nom de Martine Sarcey (nom de son arrière-grand-père, le critique Francisque Sarcey). Elle s'illustre d'abord à la radio, puis au théâtre, où elle jouera dans une quarantaine de pièces. Au cinéma, elle interprètera surtout des seconds rôles, notamment sous la direction de Jean Delannoy, Louis Malle, Yves Robert ou encore Claude Berri. Martine Sarcey apparaîtra dans de nombreuses comédies populaires des années 1970. Elle fut aussi  la voix française d'Audrey Hepburn et du personnage de Samantha dans le feuilleton Ma sorcière bien-aimée. Elle fut un visage familier du petit écran pour ses apparitions dans de nombreuses séries.  En 2004, elle reçut un Molière pour sa prestation dans L'Inscription de Gérald Sibleyras.