Martina Hirayama ist seit 1. Januar 2019 Direktorin des Staatssekretariats für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) im Eidgenössischen Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung.
Martina Hirayama absolvierte ein Studium der Chemie an der ETH Zürich, an der Universität Fribourg und am Imperial College London, das sie als Dr. sc. techn. an der ETH Zürich abschloss und später durch ein Nachdiplomstudium in Betriebswissenschaften an der ETH Zürich ergänzte. Nach Abschluss der Dissertation (1997) war sie zunächst als wissenschaftliche Mitarbeiterin und ab 2001 als Gruppen-Leiterin am Institut für Polymere an der ETH Zürich tätig. Während dieser Zeit war sie ausserdem Mitgründerin und bis 2008 CEO eines Startups im Bereich neuer Beschichtungstechnologien.
2003 wechselte Martina Hirayama als Dozentin für industrielle Chemie an die damalige Zürcher Hochschule Winterthur ZHW (heute Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW), wo sie als Professorin den Fachbereich Polymere Materialien entwickelte und führte. 2007 bis 2010 war sie an der ZHAW für den Aufbau und die Leitung des Institute of Materials and Process Engineering verantwortlich. 2011–2018 war sie Direktorin der ZHAW School of Engineering, Mitglied der Hochschulleitung der ZHAW und seit 2014 auch Leiterin des Ressorts Internationales der ZHAW.
Martina Hirayama war 2012–2018 Präsidentin des Institutsrates des Eidgenössischen Instituts für Metrologie METAS, 2011–2018 Vizepräsidentin des Verwaltungsrates der Förderagentur Innosuisse (bis 2017 Kommission für Technologie und Innovation) sowie 2016–2018 Mitglied des Stiftungsrates des Schweizerischen Nationalfonds. Daneben war sie Mitglied des Stiftungsrats der Schweizerischen Studienstiftung, des Vorstands der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW), des Vorstands der Zürcher Handelskammer, des Kuratoriums des Freiburger Materialforschungszentrums der Albert-Ludwigs Universität Freiburg i. Br. sowie Expertin des National Research Fund Luxembourg (FNR) und der Europäischen Kommission.