Martinho nasceu no ano de 590 em Todi, região da Úmbria, Itália. Sua família era nobre. Sacerdote em Roma, um grande estudioso, inteligência notável, de grande caridade para com os pobres. Foi enviado a Constantinopla pelo Papa Teodoro I como apocrisiário (uma espécie de embaixador eclesiástico junto aos governantes) para negociar a deposição canônica do patriarca herético Pirro.
Depois disso, falecendo Teodoro, foi eleito no seu lugar, em julho de 649. Ao longo do seu papado, ordenou 33 bispos, cinco diáconos e 11 sacerdotes, e pela primeira vez foi celebrada a festa da Virgem Imaculada, a 25 de março.
Porém, sua maior atuação foi contra a heresia monotelista, espalhada no Oriente e no Ocidente, que negava a plena condição humana de Cristo, ao declarar que Nele havia sim duas naturezas, humana e divina, mas uma só vontade, a divina (o que é contraditório, pois assim a natureza humana de Jesus não seria real).
Para isso agiu com energia, e, uma vez que o imperador do Oriente, Constante II, era tolerante com os monotelitas, chegando a fazer um decreto sobre a questão (o “Tipo de Constante”), não esperou a confirmação imperial para a sua consagração, e imediatamente convocou o Concílio de Latrão, com 150 bispos. O “Tipo” foi condenado, bem como a “Ektésis” de Heráclio, outro imperador oriental, também monotelista; foram excomungados os patriarcas Sérgio, Pirro, Paulo de Constantinopla, Ciro de Alexandria e Teodoro de Phran na Arábia; 20 cânones da doutrina católica sobre as duas vontades em Cristo foram definidas. Os decretos, firmados pelo Papa e pela assembleia dos bispos, foram enviados aos demais bispos e aos fiéis do mundo junto com uma encíclica de Martinho. As atas, com uma tradução grega, foram enviadas a Constante II – que como resposta mandou prender o Papa. Olímpio, seu exarca (representante do imperador romano do Oriente na qualidade de governador, um na Península Itálica e outro na África), planejou porém o assassinato do Papa, durante a distribuição da Eucaristia, que por Providência divina falhou.
Teodoro Calíopas foi o novo enviado de Constante II com a ordem de prisão, e Martinho, para evitar violências, não resistiu, saindo de Roma em junho de 653. Chegando em Constantinopla após longa e sofrida viagem, sob privações, foi humilhado e sujeito a maus-tratos: exposto semi-nu para a zombaria e insultos da multidão; ficou preso num calabouço fétido, passando fome, sede e frio, por mais de 80 dias; num julgamento iníquo diante do senado foi rotulado de herege, inimigo de Deus e do Estado, e sofreu diversas acusações, que no fundo se resumiam a não ter assinado o “Tipo”. Mas em nenhum momento perdeu a dignidade, nem reconheceu autoridade nos seus juízes. Acabou condenado à morte, mas Constante mudou a pena para exílio, e assim o Papa foi levado para um local de trabalho nas minas para escravos e assassinos em Quersonerso (atual Sebastopol na Criméia, sul da Ucrânia). Ali faleceu, doente e esquecido até pelos parentes, em 16 de setembro de 655. Muitos milagres são a ele atribuídos, tanto em vida quanto depois da morte.