מספר שנים לאחר שסיים את לימודיו, חבר לחברתו לספסל הלימודים, איתה התחיל להופיע בבתי קפה במופע קומי-מוזיקלי, בעיקר על מנת לחסוך כסף ללימודי הפילוסופיה באוניברסיטת קליפורניה, אך לבסוף פרש מהחוג. בכל מקרה, הוא טוען שהחוג שינה את חייו, כפי שאמר בריאיון לרולינג סטון: "תחום הלימוד המרכזי שלי היה פילוסופיה, ועל אף שנשרתי, הוא שינה את צורת המחשבה שלי בתחומים רבים. בחרתי ללמוד לוגיקה ושם הם דנו בסיבתיות, אז אמרתי "היי! אין סיבה ותוצאה! אין בכלל לוגיקה!", וכשמסגלים צורת מחשבה כזו, קל מאוד לכתוב: פשוט מסובבים את הכל. התחלתי לכתוב קומדיה בצורה שונה וזה היה מלהיב"[1].
ב-1979, לאחר קריירה מוצלחת כאומן סטאנד-אפ, הופיע לראשונה בתפקיד ראשי בסרט קולנוע - "השלומיאל" שביים קרל ריינר. מרטין שיחק אחר כך בשלוש קומדיות נוספות בבימויו של ריינר "Dead Men Don't Wear Plaid" ב-1982, "The Man with Two Brains" ב-1983 ו-"All of Me" ב-1984, ההופעה שזכתה לשבחי הביקורת[2].
בשנות ה-90 שיחק בשורה של סרטים, בהם: "אבי הכלה" (1991) ו"אבי הכלה 2 (1995)[6], "שמיים כחולים שלי" (שוב בתפקיד הנבל ושוב לצד ריק מוראניס), "סמל בילקו" ו"שחק אותה סטאר" (לצד אדי מרפי).