Nacque a Todi intorno al 590, fu legato papale a Costantinopoli prima di essere eletto papa nel luglio 649 come successore di Teodoro I.
Nel mese di ottobre dello stesso anno convocò in Laterano un sinodo di oltre cento vescovi per decidere in merito all'eresia monotelita.
Il sinodo condannò la dottrina monotelita del patriarca di Costantinopoli Sergio I e del suo successore Paolo II ed il pontefice non tardò a rendere pubblici i canoni del sinodo tramite un'apposita enciclica.
Tuttavia i monoteliti godevano dell'appoggio dell'imperatore d'Oriente Costante II il quale ordinò che Martino fosse arrestato e deportato a Costantinopoli.
Martino I riuscì ad evitare l'arresto fino al 654 quando venne catturato e processato a Costantinopoli. Fu destituito e condannato all'esilio a Herson (Crimea) dove visse per pochi mesi in condizioni durissime ed infine morì il 26 marzo 655.
Considerato santo dalla Chiesa Cattolica e da quella Ortodossa, la sua festa ricorre il 13 aprile.
Fu suo successore Eugenio I che era stato eletto il 10 agosto 654 per volontà popolare dopo l'arresto di Martino I.

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Vedi anche:

Cronologia dei Papi ed Antipapi

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