Sv. Martin I. pochádzal z mesta Todi v talianskej Umbrii. Dátum jeho narodenia nepoznáme. Na Petrov stolec nastúpil v čase, keď sa viedli ostré teologické diskusie o tom, Či Ježiš Kristus mal božskú i ľudskú vôľu. Zástanci nesprávneho náhľadu, že Kristus mal iba božskú, a nie aj ľudskú vôľu, sa nazývali monoteleti. Boli väčšinou na Východe a patril k nim aj byzantský cisár Konstans II. Ten vydal roku 648 v spolupráci s carihradským patriarchom dekrét Typos, ktorým zakazoval hovoriť o dvoch vôľach a Kristovi. Martin bol vtedy ešte diakonom a vyslancom pápeža Teodora I. na byzantskom cisárskom dvore.

O krátky čas, v máji 649, zomrel pápež Teodor a rímske duchovenstvo zvolilo za jeho nástupcu diakona Martina. Ten prijal voľbu a bez toho, žeby sa zaujímal o císárov súhlas, prijal i biskupské svätenie. Takisto bez predbežného cisárskeho súhlasu sa rozhodol uskutočniť dôležitú vieroučnú synodu, ktorú pripravoval už jeho predchodca.

Synoda sa konala v októbri 649 v Lateránskej bazilike. Na jej otvorení bolo prítomných 105 biskupov. Pochádzali väčšinou z Itálie, menšia skupina bola zo severnej Afriky. Počnúc druhým zasadaním sa zúčastnilo na synode aj do 30 gréckych biskupov, väčšinou z území, ktoré začali dobývať mohamedánski Arabi. Synoda preskúmala monoteletské spisy, medzi nimi aj Typos, a odsúdila ich. V odsúdení sa však neuvádzalo cisárovo meno. Po podpísaní synodálnych aktov zostavil pápež Martin spolu s prítomnými biskupmi spoločnú encykliku, ktorá sa rozšírila na celom kresťanskom Západe a Východe.

Cisár reagoval veľmi ostro. Nariadil svojmu exarchovi Olympiovi, ktorý sídlil v Ravenne, aby uväznil pápeža Martina a aby prinútil biskupov prijať Typos. Olympios narazil v Ríme na nečakané prekážky a ani pokus zabiť pápeža pomocou svojho zbrojnoša sa mu nepodaril. Podľa životopiscov mal zbrojnoš zabiť pápeža Martina pri svätej omši, a to pri rozdávaní sv. prijímania, ale v rozhodujúcej chvíli náhle oslepol. Exarcha Olympios uznal za najlepšie byť zadobre s pápežom a odišiel na Sicíliu pod zámienkou, že ide bojovať proti Arabom. Je pravdepodobnejšie, že sa chcel s nimi spojiť proti cisárovi. Roku 652 sa nakazil morom a zomrel.

Novým ravennským exarchom sa stal Teodor Kallipas, ktorý v júni 653 prišiel do Ríma, zajal pápeža a dal ho loďou dopraviť do Carihradu. Tak sa začalo dlhé mučeníctvo pápeža Martina. Pri zastávkach na viacerých stredomorských ostrovoch kňazi a veriaci pozdravovali uväzneného pápeža a chceli mu niečím pomôcť, ale strážcovia neľútostne odbíjali všetkých návštevníkov. Iba na ostrove Nasos, kde lod' zastala na dlhší čas, mohol pápež prijať pohostinstvo istého veriaceho.

Konečne 17. septembra 653 (654?) priviezli väzňa do Carihradu. Po troch mesiacoch väznenia a putovania ho postavili pred cisársky súd, ktorý sa usiloval z pojednávania urobiť politický proces. Pápeža Martina obviňovali, že odsúdením Typosu nesledoval náboženské ciele, ale boj proti cisárovi. Okrem toho mu vyčítali, že neprekazil exarchovi Olympiovi odboj proti panovníkovi. Napokon odsúdili pápeža na smrť. To sa dotklo svedomia carihradského patriarchu Pavla II., ktorý vtedy už ležal na smrteľnej posteli. Na patriarchov zásah cisár zmenil rozsudok smrti na vyhnanstvo.

Pápeža Martina odvliekli do Chersonu na čiernomorskom polostrove Kryme. Tam trpel veľkou opustenosťou a nedostatkom aj tých najzákladnejších potrieb. Bolestne sa ho dotkla i správa, že skoro po jeho deportovaní z Ríma rímske duchovenstvo zvolilo nového pápeža - Eugena I. Rimanov pohla k tomuto kroku obava, že pri dlhšom uprázdnení rímskeho biskupského stolca by im cisár mohol nanútiť svojho kandidáta. Do posledného listu z vyhnanstva vložil pápež Martin modlitbu, v ktorej prosil Boha, aby zachoval v pravej viere jeho vzdialené dietky, a najmä jeho nástupcu.

Pápež Martin I. zomrel 16. septembra 655. Bol pochovaný v kostole P. Márie pred bránami Chersonu. Jeho úcta sa rozšírila na kresťanskom Východe i Západe. A hoci nezomrel priamo násilnou smrťou, pre ťažké príkoria a utrpenie, ktoré zakúsil na konci života, ho uctievali ako mučeníka.