Martin si-a facut debutul in teatrele din New York, primul sau rol important fiind in piesa de pe Broadway “The Subject Was Roses”, rol pe care l-a repetat si in adaptarea cinematografica a piesei, in 1968. Urmatorul sau rol remarcabil a fost in 1973, cand a jucat alaturi de Sissy Spacek in drama Badlands regizata de Terrence Malick.
In 1974, Sheen a fost nominalizat la Premiile Emmy pentru cel mai bun actor intr-o drama televizata, pentru rolul din filmul pentru televiziune “The Execution of Private Slovik”. Acest rol l-a determint pe celebrul Francis Ford Coppola sa-l aleaga ca protagonist in filmul “Apocalypse Now”.
De-a lungul carierei sale, Martin Sheen a fost nominalizat de sase ori la Premiile Emmy Awards ca "cel mai bun interpret principal " intr-un serial pentru televiziune “The West Wing-Toti oamenii presedintelui” - a castigat Golden Globe si doua SAG Awards.
De asemenea, Sheen l-a interpretat pe presedintele John F. Kennedy in mini seria “Kennedy — The Presidential Years”, si pe fratele sau Robert Kennedy, in serilul “The Missiles of October”, seful staff-ului de la casa Alba, A.J. McInnerney in “The American President“, controversatul viitor presedinte Greg Stillson in “The Dead Zone”, dar si presedintele imaginar al Partidului Democrat, Josiah Bartlet, in faimosul serial “The West Wing”.
Influentat in mare masura de James Dean, Martin Sheen s-a ales cu o stea pe Hollywood Walk of Fame, la numarul 1500 din Vine Street.
Partizan al cauzei liberale, actorul american a fost arestat de 63 de ori pentru proteste impotriva incursiunilor militare ale Statelor Unite si cele legate de problemele de mediu. Sheen este membru onorific al lui Dayton International Peace Museum. Desi in 2006 unii dintre membrii Partidului Democrat din Ohio l-au contactat pe Martin Sheen pentru a incerca sa-l convinga sa accepte candidatura la Senat, acesta a refuzat, spunandu-le: "Voi vreti sa schimbati celebritatea pe credibilitate. Nu este just!“.
In plan personal, Sheen s-a casatorit cu o studenta, Janet Templeton, in 1961. Cei doi au avut patru copii, trei baieti si o fata, toti implicati in cinematografie: Charlie Sheen, Emilio Estevez, Ramon Estevez, Renée Estevez.