Με καταγωγή από το Τόντι και διάκονος της Εκκλησίας της Ρώμης, ο Μαρτίνος ανήλθε στον ποντιφικό θώκο ύστερα από τον θάνατο του Πάπα Θεοδώρου (13 Μαΐου 649) αναλαμβάνοντας άμεσα καθήκοντα δίχως να περιμένει την έγκριση της εκλογής του από τον Αυτοκράτορα Κωνστάντιο Β’.
Ο Αυτοκράτορας ήταν υπερασπιστής των μονοθελητών, μιας αίρεσης που κέρδιζε ολοένα και περισσότερο έδαφος στο εσωτερικό της χριστιανοσύνης.
Σε μια προσπάθεια να εμποδίσει την εξάπλωσή της, τρεις μήνες μετά από την εκλογή του, ο Μαρτίνος συγκάλεσε Σύνοδο στην οποία παρευρέθηκαν όλοι οι επίσκοποι της Δύσεως. Οι εργασίες της Συνόδου έλαβαν χώρα στη Βασιλική του Λατερανού και καταδίκασαν τα κείμενα των μονοθελητών, προξενώντας την οργισμένη αντίδραση της αυτοκρατορικής αυλής. Ο αυτοκράτορας διέταξε τον έξαρχο της Ραβέννας Ολύμπιο να μεταβεί στη Ρώμη και να συλλάβει το Μαρτίνο. Ο Ολύμπιος θέλησε να υπερβεί τις οδηγίες του αυτοκράτορα και προσπάθησε να δολοφονήσει τον Πάπα. Για να πετύχει το σκοπό του δωροδόκησε κάποιο μέλος της συνοδείας του Ποντίφικα σχεδιάζοντας να τον σκοτώσει κατά τη διάρκεια της τέλεσης της Θείας Λειτουργίας στη Βασιλική της Σάντα Μαρία. Ο δράστης όμως δεν κατάφερε να πραγματοποιήσει το σχέδιό του καθώς ξαφνικά τυφλώθηκε.
Το περιστατικό αυτό έκανε τον Ολύμπιο να αναθεωρήσει, να μεταστραφεί και να συμφιλιωθεί με τον άγιο αυτό ποιμένα. Λίγο καιρό αργότερα ο Ολύμπιος προσβλήθηκε από την πανούκλα και πεθαίνει.
Στη θέση του ορίζεται νέος έξαρχος ο Θεόδωρος Καλλιόπας ο οποίος συνέλαβε το Μαρτίνο και τον οδήγησε μέσω θαλάσσης στη Κωνσταντινούπολη. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού το πλοίο που μετέφερε το Μαρτίνο έκανε στάση και στη Νάξο(υπάρχει τοπωνύμιο «ακρωτήριο Πάπας»). Τελικά το δύσκολο ταξίδι συνολικής διάρκειας 15 μηνών ολοκληρώθηκε στις 17 Σεπτεμβρίου 654.
Στην Κωνσταντινούπολη υπέστη πολλές ατιμώσεις και παρέμεινε στη φυλακή για τρείς μήνες μέχρι να ξεκινήσει η διαδικασία της δίκης. Τελικά αφού τον απογύμνωσαν τον εξέθεσαν αλυσοδεμένο στο κρύο και τον έκλεισαν στο κελί που προοριζόταν για τους τους μελλοθανάτους.
Στις 26 Μαρτίου 655 εξορίστηκε κρυφά στην Κριμαία όπου υπέμεινε την πείνα και το κρύο μέχρι το θάνατό του στις 16 Σεπτεμβρίου 655.
