Après avoir joué dans différentes séries télévisées françaises, dont Pigalle, la nuit en 2009 et Détectives de 2013 à 2014, elle rencontre un succès international grâce à son rôle du sergent Camille Bordey dans la série franco-britannique Meurtres au paradis de 2011 à 2015.
Elle joue un rôle important dans la série Those About to Die sur Amazon Prime.
Sara Martins naît le à Faro en Algarve, dans le sud du Portugal[réf. nécessaire]. Sa mère est d'origine française[1] et son père d'origine capverdienne[2]. Elle arrive en France âgée de trois ans. Petite, elle veut devenir danseuse classique et elle intègre l'Opéra de Lyon. Mais lorsque pour progresser elle doit partir pour l'Opéra de Paris, elle arrête, les danseuses devant être interchangeables et aucune danseuse noire ne faisait encore partie de l'opéra. Elle décide donc de se concentrer sur une autre activité. Timide, elle se met pourtant à suivre l'option théâtre du lycée pendant trois ans[3].
Elle débute à la télévision en 2000 avec un rôle dans la série noire Police District et enchaîne avec des apparitions dans différentes séries policières : Maigret en 2001, Le Proc et Avocats et Associés en 2005, Les Bleus et PJ en 2006.
En 2007, elle apparaît dans le clip de ZazieJ'étais là, tiré de son album Totem[5]. Elle est également comédienne de doublage, prêtant notamment sa voix pour le doublage français des actrices Rosario Dawson et Zoe Saldana[6].
C'est grâce à la télévision qu'elle va se faire connaitre. En 2009, elle incarne Fleur, formatrice de strip-teaseuses, dans la série Pigalle, la nuit sur Canal+[7]. Deux ans plus tard, en 2011, elle fait partie du casting de Signature, série des mêmes créateurs, diffusée sur France 2.
De 2011 à 2015, elle joue le rôle du sergent Camille Bordey dans la série franco-britannique Meurtres au paradis diffusée sur BBC One et France 2. Elle y donne la réplique, en anglais, à Ben Miller puis Kris Marshall, interprétant des inspecteurs londoniens, dans le décor paradisiaque d'une île des Caraïbes[8]. Parallèlement, de 2013 à 2014, elle incarne Nora Abadie, détective privée, dans la série Détectives de France 2, aux côtés de Philippe Lefebvre.