Elle débute sa carrière en tant qu’administratrice au ministère du Travail et des Affaires sociales en 1975 puis au Conseil d’État. Elle collabore dans différents ministères sous l’ère mitterrandienne, toujours concernée par les questions d’emploi. Elle devient ministre du travail en 1991.
En 2001 succède à Pierre Mauroy en tant que maire de Lille, fonctionne qu’elle occupe encore aujourd’hui. Nommée ministre de l’Emploi et de la Solidarité de 1997 à 2000, elle signe notamment la réforme des 35 heures.
Elle est première secrétaire du PS de 2008 à 2012. Martine Aubry est diplômée de Sciences Po et de l’ENA.