Ещё в подростковом возрасте мартинелли начала профессиональную карьеру фотомодели. Однако настоящий её приход в мир моды состоялся в 1953 году. Эльза работала топ-моделью в русском Париже и в нью-йоркском модельном агентстве Ford Models, её фотографии появлялись на обложках журналов Life и Vogue. В 1954 году Кирк Дуглас пригласил начинающую актрису на роль индианки в вестерн "Индейский Воин". В 1956 году мартинелли была удостоена награды "Серебряный Медведь" на 6-м берлинском международном кинофестивале за лучшую женскую роль в комедии Марио моничелли "Донателла". Известный режиссёр Витторио де сика называл мартинелли самой стильной женщиной в мире и говорил, что "она Выглядит так, Будто её Создал большой Художник".