Marta Milans interpretó el papel protagónico de Alba Varela en la serie del canal Cuatro Valientes (2010). Al año siguiente, hizo su debut en la televisión estadounidense apareciendo en un episodio de Law & Order: Special Victims Unit (2011) y en 2012 interpretó un papel principal en la película de terror Devoured. Milans coprotagonizó la película dramática de 2013 The Disappearance of Eleanor Rigby y en 2014 tuvo un papel regular en la serie de drama criminal de ABC de corta duración Killer Women . En el 2016, coprotagonizó junto a Gina Torres el programa piloto de ABC The Death of Eva Sofia Valdez. Posteriormente, Milans regresó a España para protagonizar la serie dramática de Movistar+ El embarcadero (2019-2020). Más tarde fue elegida para el papel de Rosa Vásquez, la madre adoptiva de Billy (Asher Angel/Zachary Levi) y sus hermanos, en Shazam! (2019) y Shazam! La furia de los dioses (2023).