Hij was evenals vele van zijn voorgangers apocrisia-rius-nuntius in Constantinopel geweest. Hij liet zich wijden voordat hij toestemming uit Byzantium gekregen had in tegenstelling tot alle pausen sinds Gregorius de Grote. Hierdoor werd Constans II vertoornd op hem. Martinus riep een synode in het Lateraan bijeen, die het monothelisme evenals de ‘Ekthesis’ uit de tijd van Honorius I en de ‘Tvpas’ van Constant II officieel – niet slechts in half-privé uitspraken, zoals sedert Honorius de pausen gedaan hadden - verwierp. Zo werd deze synode een betoging tegen het cesaropapisme, dat wil zeggen de theologische bevoegdheid van de keizers van Byzantium, die zij zich zelf toegeëigend hadden.

De exarch Theodorus Kalliopa nam in 653 Martinus , die toen ziek was, gevangen bij het altaar van de Lateraanse basiliek, met als reden dat hij de pauselijke waardigheid niet rechtmatig verkregen had. Hij werd eerst naar het eiland Naxos gebracht, vervolgens onder de ernstigste folteringen naar Constantinopel en daar in de gevangenis geworpen, waar hij na een schandelijk proces in ketenen gesloten werd. Zijn doodvonnis werd gewijzigd in verbanning naar Chersonnesus, waar hij nog meer dan een jaar onder onmenselijke behandeling en gebrek aan voedsel heeft geleefd. Zijn stoffelijk overschot werd later naar Rome gebracht. Hij is het grootste slachtoffer van het cesaropapisme geweest en zijn proces en zijn martelaarschap zijn pas in de 20e eeuw geëvenaard. Hij is heilig verklaard en wordt ook door de Griekse Kerk als heilige vereerd.