Martine Tremblay possède une vaste expérience de l’administration publique du Québec, où elle a occupé divers postes, dont celui de directrice de Cabinet des premiers ministres René Lévesque et Pierre Marc Johnson (1984-1985), celui de sous-ministre adjointe au ministère des Affaires culturelles (1985-1986), de sous-ministre au ministère de la Culture et des Communications (1995-1999) et de sous-ministre au ministère des Relations internationales (1999-2002). De 1987 à 1995, elle a œuvré à titre de consultante dans les domaines des affaires publiques, de la planification stratégique, des affaires culturelles et de la coopération internationale. Elle a également été conseillère spéciale du maire de Québec et occupé le poste de directrice des Affaires publiques de la firme Ducharme-Perron, Communications et Affaires publiques. Elle siège aussi à plusieurs conseils d’administration : Télé-Québec, Centre d’études et de recherches internationales de l’Université de Montréal, Institut canadien de Québec et Conseil du Cercle Jean-Monnet de la culture.