In singolare nei tornei del Grande Slam ottiene come migliore risultato il quarto turno ottenuto durante gli Australian Open 2008, in quell'occasione partecipa come qualificata e riesce a superare tre turni, tra cui un match vinto con la testa di serie Li Na, prima di arrendersi a Venus Williams. Al Roland Garros ha raggiunto il secondo turno nel 2005 e nel 2008. A Wimbledon ha raggiunto un secondo turno nel 2008, mentre agli US Open si è sempre fermata al primo turno.
Nel 2008 partecipa alle Olimpiadi di Pechino dove però non riesce a superare nessun match, sia in singolare che nel doppio femminile.
In carriera ha raggiunto tre finali nel singolare senza riuscire a vincere il match decisivo mentre in doppio ha conquistato un titolo WTA, nel 2006 a Canberra insieme a Roberta Vinci, ed ha perso altre quattro finali.
Nel 2006 ha raggiunto il suo miglior ranking con la 37ª posizione in classifica, mentre nello stesso ha raggiunto il miglior posizionamento anche nel doppio al 62º posto.
Nel dicembre 2015, ha annunciato il ritiro dal tennis professionistico. Nel 2014 è diventata la sparring partner di Caroline Wozniacki e dopo il ritiro ha iniziato la sua carriera da coach.
Marta è nata dai genitori Barbara e Wiesław ed attualmente risiede a Podkowa Leśna, in Polonia. Ha una sorella maggiore, Magdalena. Domachowska parla polacco, inglese, russo e spagnolo. Oltre al tennis, è una forte appassionata di calcio e nuoto.
Nel marzo del 2013 ha posato per l'edizione polacca di Playboy.
Dal 2013, ha una relazione con il tennista connazionale Jerzy Janowicz. I due hanno annunciato la gravidanza del primo figlio il 24 dicembre 2018 tramite Instagram, ed ha dato luce al primo figlio chiamato Filip Janowicz il 1º gennaio 2019.