Мартин Димитров е роден е на 13 април 1977 г. в София. Завършил през 1996 г. Френска гимназия /33-то СОУ В. Пеева/, а след това Университета за национално и световно стопанство (УНСС), специалност „Международни икономически отношения“. От 2000 г. работи в Института за пазарна икономика като икономист.
През 2005 г. Димитров е избран за народен представител в XL народно събрание от листата на коалицията Обединени демократични сили (ОДС) в 23-ти избирателен район в София и за заместник-председател на парламентарната Комисия по бюджет и финанси. От 2005 до 2007 г. е секретар на парламентарната група на ОДС.
През 2005 г. Мартин Димитров е избран от Народното събрание за наблюдател в Европейския парламент, като след присъединяването на България към Европейския съюз на 1 януари 2007 година придобива статут на евродепутат. През 2007 г. е включен листата на СДС за изборите за представители в Европейския парламент.
Има богат политически опит – бил е народен представител в 40-ото, 41-вото и 43-ото Народно събрание, от 2008 до 2012 г, е председател на Съюза на демократичните сили (СДС).
Мартин Димитров е народен представител в 48-ото Народно събрание, избран от гражданската квота в листата на “Демократична България” в софийския 24-и МИР.
