Plimpton fikk underholdningsbransjen i blodet, hennes mor Shelley Plimpton er en skuespiller både foran skjermen og på scenen Broadway hvor hun også møtte Marthas far, Keith Carradine - fra den kjente Carradine-familien, også en skuespiller. Plimpton var kjæresten til River Phoenix og de spilte også inn to filmer sammen; og .