Sheen wurde am 3. August 1940 als Ramón Antonio Gerardo Estévez in Dayton, Ohio, geboren. Seine Eltern waren Einwanderer aus Galicien, Spanien. Sheen wuchs in einer katholischen Familie auf und besuchte die Chaminade High School in Dayton. Nach der High School studierte er an der University of Dayton English Literature.
Sheen brach sein Studium ab und begann seine Schauspielkarriere am Department of Theatre Arts an der University of Pittsburgh, wo er 1960 seinen Abschluss machte. Er spielte in verschiedenen Theaterproduktionen und wurde schließlich von dem Regisseur und Produzenten Francis Ford Coppola entdeckt.
Coppola besetzte Sheen in seiner Filmtrilogie „The Godfather“ (1972), „The Godfather Part II“ (1974) und „Apocalypse Now“ (1979). Sheens Arbeit in „Apocalypse Now“ brachte ihm eine Oscar-Nominierung als bester Schauspieler ein.
Sheen hat auch in vielen anderen erfolgreichen Filmen mitgewirkt, darunter „Badlands“ (1973), „Wall Street“ (1987), „The Departed“ (2006) und „The Amazing Spider-Man“ (2012). Er war auch in vielen erfolgreichen Fernsehserien zu sehen, darunter „The West Wing“ (1999-2006) und „Two and a Half Men“ (2003-2011).
Sheen hat auch als Regisseur und Produzent gearbeitet. Er führte Regie bei Filmen wie „Cadence“ (1990) und „The Way“ (2010), bei dem er auch die Hauptrolle spielte. Er produzierte auch die HBO-Miniserie „The Tudors“ (2007-2010).
Sheen hat auch politisches Engagement gezeigt. Er war ein Gegner des Vietnamkriegs und hat sich gegen den Irakkrieg ausgesprochen. Er hat Präsident George W. Bush kritisiert und an Demonstrationen gegen den Irakkrieg teilgenommen. Sheen ist auch ein Befürworter der Rechte der amerikanischen Ureinwohner und hat sich für Einwanderungsreformen eingesetzt.
Sheen hat vier Kinder, alle sind ebenfalls Schauspieler. Sein ältester Sohn Emilio Estevez ist bekannt für seine Arbeit in Filmen wie „The Breakfast Club“ (1985) und „St. Elmo’s Fire“ (1985). Sheens jüngster Sohn Charlie Sheen hat in vielen erfolgreichen Filmen und Fernsehserien mitgespielt, darunter „Platoon“ (1986) und „Two and a Half Men“ (2003-2011).
Martin Sheen ist einer der bekanntesten und erfolgreichsten Schauspieler seiner Generation. Sein Talent und sein Engagement haben ihm viele Auszeichnungen eingebracht, darunter zahlreiche Emmy- und Golden Globe-Auszeichnungen. Seine Arbeit hat auch einen Einfluss auf die Film- und Fernsehbranche gehabt und viele junge Schauspieler inspiriert.