От спектакъла „Елементарните частици“ / снимка: Александър Богдан Томпсън
Завършва НАТФИЗ „Кръстьо Сарафов“ със специалност Актьорство за драматичен театър в класа на проф. Иван Добчев през 2015 г.
През 2013 г. дебютира на сцената на Народен театър „Иван Вазов“ в спектакъла „Козата, или Коя е Силвия?“ от Едуард Олби, реж. Явор Гърдев. През годините участва и в други представления от репертоара на Народния театър, сред които „Жана“ от Ярослава Пулинович, реж. Явор Гърдев, „Наблюдателите“ от Константин Илиев, реж. Явор Гърдев, „Хамлет“ от Уилям Шекспир, реж. Явор Гърдев.
От 2018 до 2024 г. е част от трупата на Театър София, където играе в редица представления, сред които „Анна Каренина“ от Л.Н. Толстой – там влиза в ролята на Вронски. През 2022 г. участва в „Нирвана“ на Константин Илиев с реж. Боян Крачолов в ролята на Мъжът.
От 2024 г. е част от трупата на Народен театър „Иван Вазов“.
Освен на театралната сцена, Мартин Димитров има и редица роли в киното и телевизията. Участва в телевизионния сериал на БНТ „На границата“ (2014 г.) по разкази на Йордан Йовков със сценарист Димитър Стоянович. Снима в дебютния филм на Галин Стоев „Безкрайната градина“ (2017 г.) с продуцент Мартичка Божилова (АГИТПРОП). От 2019 до 2022 г. участва в 5 сезона на сериала „Братя“.
През 2024 г. получава Наградата за най-добър млад актьор за ролята му на Бруно в „Елементарните частици“ от фестивала „Театър на кръстопът“ в Ниш, Сърбия. Има номинация АСКЕЕР 2023 за Поддържаща мъжка роля за ролята на Крищов в представлението на Крис Шарков „Непоносимо дълги прегръдки“ от Иван Вирипаев.
През този сезон на сцената на Народен театър „Иван Вазов“ можете да гледате Мартин Димитров в спектаклите „Розенкранц и Гилденстерн са мъртви“, „НЕЧОВЕК“, „Елементарните частици“, „Частици жена“ и „Наблюдателите (Хипотеза за отвъдното)“.
