Martine Schambacher s’est formée au sein de l’Ecole du Théâtre national de Strasbourg.
Au théâtre, depuis 1978, elle a joué sous la direction de metteurs en scène tels que Matthias Langhoff, Jean-Louis Hourdin, Jean-Louis Martinelli, Jacques Nichet. Plus récemment, elle joue dans de nombreuses productions théâtrales : Vivre sa vie, mis en scène par Charles Berling, Amitié (De Filippo et Pasolini) avec Irène Bonnaud, Tartuffe (Molière) avec Benoit Lambert, Richard III (Shakespeare) avec Laurent Frechuret, Meilleurs souvenirs de Grado (Kroetz) avec Benoît Lambert, La Charrue et les étoiles (O’Casey) avec Irène Bonnaud (nommée au Molière de la meilleure comédienne dans un second rôle), L’Affiche (Ducros) avec Guy Delamotte, Music-Hall 56 (Osborne) avec Irène Bonnaud, Choses Vues (Hugo) avec François Chattot, Hedda Gabler (Ibsen) avec Alain Milianti, La Femme gelée (Ernaux) avec Jeanne Champagne, Dom Juan (Molière) avec Joël Jouanneau, etc.
Depuis 2004, elle joue dans divers films de cinéma – Les Amants réguliers (Philippe Garrel), Le Nouveau Protocole (Thomas Vincent), Les Mains en l’air et Les Jours venus (Romain Goupil), Hippocrate (Thomas Lilti), Jusqu'à la garde (Xavier Legrand), La Fête est finie (Marie Garel Weiss), Angelo (Markus Schleinzer), Grâce à Dieu (François Ozon), Fourmi (Julien Rappeneau), Voir le jour (Stanley Woodward), Les Apparences (Marc Fitoussi), Profession du père (Jean-Pierre Améris), Grande Vitesse (Manon Kneuse), Le Bal des folles (Mélanie Laurent), La Chambre des merveilles (Lisa Azuelos) – ainsi que dans quelques productions télévisuelles – Chambre noire (Arnaud Malherbe), Paris, etc... (Zabou Breitman), Le Grand Bazar (Baya Kasmi), Dix Pour Cent (Marc Fitoussi), Alexandra Ehle (François Basset), Les Rivières pourpres (Myriam Vinocour), Visions (Akim Isker), Scènes de ménages, etc.
Elle a joué aussi dans plusieurs courts métrages primés : Pierre rouge (Gabriel Buret, 2018), grand prix du jury au Festival Premiers plans d'Angers, Panthéon discount (Stéphan Castang, 2017), prix du public au Festival de Clermont-Ferrand, D’où que vienne la douleur (Khalil Cherti, 2012), sélection au Festival de Locarno, prix spécial du jury Interprétation féminine à Clermont-Ferrand, etc.