Nacida en Miranda de Ebro (Burgos), estudio la carrera de Derecho en la Universidad de Valladolid (UVA). Martínez Olalla ingresó en la carrera judicial en 1984. Antes, en 1983, había sido nombrada Fiscal, tomando posesión en Sevilla.

Su primer destino como juez fue en Padrón (La Coruña). Tras éste, Martínez Olalla ha sido juez en Sala de los Infantes (Burgos) y magistrada en la Audiencia de Bilbao y en el Juzgado de lo Social n.3 de Valladolid.

Desde 1993 trabajó en la Sala de lo Contencioso Administrativo del TSJCyL, donde presidió la Sección Segunda desde 2005, especializada en Urbanismo y Medio Ambiente.

En su toma de posesión al frente de la Sala de lo Contencioso-Administrativo del TSJCyL, Martínez Olalla consideró inaceptable la entonces situación de pendencia de la misma, que se elevaba a los 5.000 casos, y por ello solicitó refuerzos materiales y humanos al Consejo General del Poder Judicial para desatascar dicho órgano que, según lamentó, ofrece una tutela judicial que "no es la deseable".