Né en Toscane, ordonné diacre à Rome, il est nommé bientôt apocrisiaire, c'est-à-dire légat du pape, à Constantinople. En 649, il est élu pape alors qu'on est en pleine querelle monothéliste. Il s'agit d'une hérésie inventée par un empereur byzantin pour rallier les populations monophysites de son empire : on dira que le Christ possède bien les deux natures divine et humaine, mais qu'une seule volonté, la divine, le guide. Le moine Maxime le Confesseur était allé jusqu'à Rome alerter le Pape sur cette nouvelle hérésie. Saint Maxime et saint Martin font condamner l'hérésie impériale par un concile au Latran. Mais l'empereur byzantin n'apprécie guère d'être ainsi désavoué : il fait accuser Martin d'élection illégale et d'hérésie. Le Pape est arrêté, emmené de force en 653 à Constantinople alors qu'il est malade. Il fut maltraité durant la longue traversée :" J'y suis depuis quarante jours et l'on ne m'a pas donné de l'eau pour me laver. Je grelotte de froid, je suis épuisé par la dysentrie, je vomis la nourriture que je dois manger." Arrivé à Constantinople, il fut gardé au secret durant 93 jours et finalement condamné à mort. On le dépouilla publiquement ses vêtements sacerdotaux en les déchirant. Puis, le vieillard reçut une lourde chaîne autour du cou et traîné ainsi dans toute la ville, alors qu'il pouvait à peine marcher. Devant un tel châtiment, le patriarche de Constantinople, bien que partisan de l'empereur, obtint que cette peine soit commuée en exil à Cherson en Crimée. Saint Martin y meurt en 655, brisé par une détention cruelle. Le moine byzantin, saint Maxime, le suivra quelques années plus tard dans la même confession de la foi. Saint Martin est le dernier pape martyr.
(Nominis)
L’Eglise byzantine célèbre sa fête le 13 avril et le qualifie de « coryphée des dogmes divins, honneur du Siège de Pierre, celui qui sur la Pierre divine a maintenu l'Eglise inébranlée ».