Sonequa Martin-Green étudie le théâtre à l’université d’Alabama. Diplômée en 2007, elle figure pour la première fois à la télévision l’année suivante, dans épisode de New York section criminelle. Grâce à son expérience sur les planches, elle est vite choisie pour incarner l’une des protagonistes du long-métrage Toe to Toe. Elle incarne Tosha, une afro-américaine qui lie une forte amitié avec une femme blanche. Ses débuts d’actrices se font essentiellement sur le petit écran, notamment avec American Wives, et Gossip Girl, dans lesquels elle apparaît brièvement.
Même si la comédienne se fait timide au cinéma, John G. Young lui fait participer aux tournages de Rivers Wash Over Me, sur le thème de l’homosexualité. Une opportunité s’offre à elle en 2009 : celle de jouer dans The Good Wife, aux côtés de Julianna Margulies. Elle est ici l’une des assistantes de l’héroïne, Courtney Wells. Sonequa Martin-Green enchaîne avec la fiction policière NYC 22, mais le programme est prématurément annulé, faute d’audience.
La série fantastique Once Upon a Time s’avère être un tournant pour sa carrière. Dans la peau de Tamara, elle casse son image pour devenir un personnage sombre et énigmatique. Sa prestation tape dans l’œil des producteurs de The Walking Dead, qui la contactent pour un rôle récurrent. Dans la peau de Sasha Williams, elle est une rescapée d’un camp de survivants détruit par les zombies.
Manon Simenel