Marthe Keller 28 Ocak 1945'te İsviçre'nin Basel kentinde doğdu. Çocukken bale eğitimi aldı ancak 16 yaşında geçirdiği bir kayak kazasından sonra bıraktı. Oyunculuğa geçti ve Berlin'de Schiller Tiyatrosu ve Berliner Ensemble'da çalıştı.Keller'in ilk film görünümleri Cehennem dönüşü (1966) (kredisiz) ve Alman filmi Wilder Reiter GmbH (1967) idi. 1970'lerde Un cave (1972), La raison du plus fou (1973) ve Tüm bir yaşam (1974) gibi bir dizi Fransız filminde rol aldı. En ünlü Amerikan filmleri Vahşi Koşu'da (1976) Dustin Hoffman'ın kız arkadaşı rolündeki Altın Küre adayı performansı ve Kara Pazar'da (1977) Super Bowl'a saldırı düzenleyen Arap terörist rolündeki performansıdır. Keller ayrıca Billy Wilder'ın romantik draması Fedora'da (1978) William Holden ile birlikte rol aldı. Otomobil yarışı filmi Bobby Deerfield'da (1977) Al Pacino ile birlikte rol aldı. Daha sonraki filmleri arasında Marcello Mastroianni ile oynadığı Siyah Gözler (1987) yer almaktadır. Keller son yirmi yılda Avrupa ve Amerika'da oyunlarda rol almış, opera yönetmiş ve klasik müzik üzerine konuşmalar yapmıştır. Örneğin, 2001 yılında Keller, Abby Mann'ın "Judgment at Nuremberg" adlı oyununun Broadway uyarlamasında Bayan Bertholt (1961 Stanley Kramer film versiyonunda Marlene Dietrich tarafından canlandırılan rol) rolüyle yer aldı. Bu performansıyla En İyi Kadın Oyuncu dalında Tony Ödülü'ne aday gösterilen Keller, sinema ve tiyatrodaki çalışmalarının yanı sıra konuşmacı ve opera yönetmeni olarak klasik müzik alanında da bir kariyer geliştirdi. Arthur Honegger'in "Jeanne d'Arc au Bûcher" oratoryosundaki Joan of Arc rolünü Seiji Ozawa ve Kurt Masur gibi şeflerle birçok kez seslendirdi. Ozawa ile Deutsche Grammophon için bu rolü kaydetmiştir (DG 429 412-2). Keller ayrıca Igor Stravinsky'nin "Perséphone" eserindeki sözlü rolü de okumuştur. Resitalde klasik müzik melodramlarını hoparlör ve piyano için seslendirmiştir. İsviçreli besteci Michael Jarrell, Christa Wolf'un romanından uyarladığı "Cassandre" adlı melodramı Keller için yazdı ve 1994 yılında dünya prömiyerini yaptı.Keller'in opera yönetmeni olarak ilk prodüksiyonu 1999 yılında Opéra National du Rhin için "Dialogues des Carmélites" oldu. Bu yapım daha sonra o yıl Londra'da yarı sahnelenmiş bir performans aldı. Ayrıca Washington Ulusal Operası ve Los Angeles Operası için "Lucia di Lammermoor" eserini yönetti. Metropolitan Operası'ndaki ilk yönetmenlik deneyimini 2004 yapımı "Don Giovanni" ile gerçekleştirdi. Keller'ın yönetmen Philippe de Broca ile olan ilişkisinden Alexandre de Broca adında bir oğlu vardır.