Märtha var datter av den svenske prins Carl og den danske prinsesse Ingeborg. Hun hadde tittel som både svensk og norsk prinsesse fram til unionsoppløsningen mellom Norge og Sverige i 1905. Søstrene Margaretha og Astrid ble senere henholdsvis prinsesse av Danmark og dronning av Belgia. I tillegg hadde hun en lillebror, Carl.