Narodil se v toskánském městě Todi. Aby mohl studovat, odešel do Říma, kde byl vysvěcen na jáhna. Papež Teodor I. jej poslal jako svého nuncia do Cařihradu, kde měl zasáhnout proti šířícímu se monotheletismu.
Po Teodorově smrti byl Martin r. 649 zvolen papežem. Protože se monotheletismus dále šířil, svolal Martin do Lateránu synodu, která odsoudila blud i císařský edikt „Typos“.
Císař v tom viděl velezradu a nařídil ravenskému arcibiskupovi, aby dal papeže buď zavraždit, nebo dopravit do Cařihradu. Arcibiskup se snížil k tomuto činu, ale rozkaz nebyl proveden a arcibiskup činu litoval a smířil se s papežem.
Císař nařídil svému vévodovi Teodoru Kalliopovi, aby dopravil svázaného Martina do hlavního města. Ten provedl u papeže domovní prohlídku. I když nic nenašel, obvinil ho, že skrývá zbraně, a tím se dopustil vlastizrady.
Papeže zajali a vlekli do Cařihradu. I když trpěl těžkou úplavicí, věznili ho rok na ostrově Naxos. Pak ho odvezli do hlavního města, kde jej zavřeli do nejhoršího vězení. Když měli na soudě podplacení svědkové odpřisáhnout svou výpověď, Martin se ozval: „Ať nepřísahají. Proč by měli kvůli křivé přísaze ztratit věčnou blaženost? Se mnou si dělejte, co uznáte za vhodné.“
Martin byl prohlášen za sesazeného a odsouzen na smrt. Sluhové z něj strhali oděv a nahého, spoutaného řetězy, jej vodili po městě na posměch lidu. Pak jej hodili do vězení tak prudce, že schody byly potřísněny krví.
Po třech měsících byl papež poslán do vyhnanství na chersoneský poloostrov na Krymu. Odtud napsal několik dopisů. Ve vyhnanství 16.9.655 Martin zemřel. Byl pochován v chrámě Přesvaté Bohorodičky v Korsuni. Později byly jeho ostatky převezeny do Říma, kde jsou uloženy v kostele sv. Martina.