Née le 24 janvier 1953, dans une famille de militaires de six enfants, trois filles et trois garçons. Elle est la benjamine. Ses familles paternelle et maternelle sont originaires de Lorraine. Sa mère n'exerce pas de profession.
Après des études secondaires sans problèmes, elle suit des études à l’Institut d’études politiques de Paris (IEP) sur les conseil d'amis de ses parents. Elle obtient un DEA en sciences politiques.
Elle obtient un diplôme de norvégien pour étrangers, université d’Oslo.
Elle suit un cycle supérieur d’études politiques de la Fondation nationale de sciences politiques (FNSP).
En 1974, elle se marie avec un avocat.
De 1974 à 1976, elle est vacataire au Centre d’études de la vie politique française (Cevipof).
De 1976 à 1978, elle obtient une bourse de recherche du ministère des Affaires étrangères norvégien, et est chercheure à l’Institute for Social Research, Oslo.
En 1978, elle est assistante de recherche au Cevipof.
En 1981, elle donne naissance à un fils et, en 1984 et 1989, à deux filles. Elle adhère à la fédération Cornec de parents d’élèves (FCPE). Habitant Suresnes, elle milite dans les associations de son quartier, en particulier au Planning familial. Sur son lieu de travail, elle est militante syndicale et elle exerce des responsabilités dans son syndicat (SNAP). Chercheure, elle étudie le monde associatif.
En 1986, elle est chargée de cours à l’université Paris VII.
En 1987, elle est chargée de recherche au Cevipof.
En 1995, elle devient directrice de recherche au Cevipof.
Depuis 2000, elle est membre du Comité de parrainage de l’Université de la vie associative, université Jean Monnet de Saint-Étienne.
Elle est spécialiste en sociologie politique, associations et militantisme, socialisation et politique scolaire, laïcité.
Martine Barthélemy a siégé au Conseil National de la Vie Associative de 2000 à 2003.

Elle a écrit de nombreux articles et contribué à des ouvrages collectifs.

Source : entretiens avec Martine Barthélémy.