Martina Werner gehört zu den Gründungsmitgliedern der Partei für Arbeit, Rechtsstaat, Tierschutz, Elitenförderung und basisdemokratische Initiative (Die PARTEI) im August 2004. Im siebenköpfigen Bundesvorstand bekleidete sie das Amt der familienpolitischen Sprecherin. 2013 trat sie erstmals auch als Kandidatin an, dies sowohl für den Hessischen Landtag (Nr. 9 der Landesliste) als auch für den Deutschen Bundestag (Nr. 7 der Landesliste für Hessen). Bei der Europawahl 2014 nahm sie hinter Martin Sonneborn den zweiten Platz auf der Wahlliste der PARTEI ein. Sonneborn fiel für das Europäische Parlament das einzige Mandat seiner Partei zu; im Falle seines Mandatsverzichts wäre Werner daher die erste Nachrückerin gewesen Im Juni 2019 trat sie aus Protest gegen aufgeschobene und verschleppte Beschlüsse in der Sexismusfrage, ebenso wie auch Leo Fischer vom Amt des Bundesvorstands zurück.