D'origine espagnole (Galice) par son père Francisco Estévez, et irlandaise (comté de Tipperary) par sa mère Mary Ann Phelan, il est le septième d'une fratrie de dix enfants.
À l'âge de dix-neuf ans, il aurait raté volontairement l'examen d'entrée à l'université de Dayton pour devenir comédien. Il part ensuite pour New York, où il loge avec Al Pacino avec qui il travaille au Living Theatre dans Greenwich Village (ils nettoient les toilettes et disposent les tapis des pièces présentées). Dans cette ville, il commence au théâtre et à la télévision. En 1961, il apparaît ainsi dans un épisode de la série télévisée Route 66. Il adopte alors le nom de scène de Martin Sheen, en référence au directeur de casting de CBS Robert Dale Martin, qui lui a offert son premier rôle, et à l'archevêqueFulton Sheen.
Carrière
Il commence au grand écran en 1967 dans L'Incident de Larry Peerce. Il décroche un rôle plus important l'année suivante dans Trois Étrangers, d'après la pièce de théâtre éponyme qu'il a lui-même jouée. L'acteur se fait surtout remarquer en 1973 avec La Balade sauvage de Terrence Malick, où il est la tête d'affiche avec Sissy Spacek. Malgré tout sa carrière cinématographique peine à vraiment décoller, il tourne alors de nombreux téléfilms. Il revient au cinéma en 1976 avec Le Pont de Cassandra de George Cosmatos, aux côtés de Sophia Loren, Richard Harris, Burt Lancaster et surtout d'Ava Gardner, qui joue ici une femme riche et désinvolte dont il interprète le jeune gigolo. Leur duo donne lieu à des scènes ironiques en décalage avec l'esprit anxiogène de ce film catastrophe. Pendant le tournage, Martin Sheen et ses enfants (surtout son fils Ramon) développent avec l'actrice une relation amicale durable.
En 1979, il remplace au pied levé Harvey Keitel, après deux semaines de tournage, pour le rôle du capitaine Willard dans le film de guerre de Francis Ford Coppola, Apocalypse Now. La scène d'ouverture, dite de «la chambre d'hôtel» est fameuse. Elle l'est davantage pour celui qui connaît les détails du tournage: pour s'imprégner de la psychologie malade et fragilisée de son personnage, Martin Sheen s'enferme pendant deux jours dans la chambre d'hôtel, tout en buvant des quantités impressionnantes d'alcool. Coppola ne le dirige presque pas, tellement l'acteur correspond à l'image qu'il a du personnage. L'acteur s'implique si bien qu'il s'ouvre la main en brisant un miroir; Coppola veut arrêter de tourner, Sheen insiste pour continuer. Le tournage du film se poursuit durant plusieurs mois dans des conditions climatiques et techniques difficiles, qui provoquent chez l'acteur une grave attaque cardiaque. Refusant que le tournage soit interrompu trop longtemps par sa faute, Martin Sheen exige de continuer à travailler et revient au plateau, après seulement cinq semaines de repos. Le film se poursuit donc pour lui sous étroite surveillance médicale. Ce n'est qu'une fois le film terminé qu'il accepte de prendre le temps de se soigner efficacement.
Sur le plan politique, il milite depuis toujours pour le Parti démocrate, dans une mouvance pacifiste et écologiste. Il est ainsi l'un des acteurs ayant mené la contestation hollywoodienne de la guerre d'Irak en 2003, qu'il condamne non pas comme illégitime, mais comme non nécessaire. Il a apporté son soutien à l'action de l'Albert Einstein Institution et de la National Endowment for Democracy contre le président Milosević. Par ailleurs, il soutient l'association écologiste Sea Shepherd Conservation Society. Il a également toujours été un fervent admirateur des Kennedy, notamment de Bob Kennedy, le frère de JFK; il a assisté à un discours de Robert Kennedy et affirme que les États-Unis ont beaucoup perdu le jour de son assassinat. Il joue d'ailleurs en 2006 dans le film de son fils Emilio, Bobby. Loin de l'image que beaucoup d'Européens se font des Nord-Américains, il fait plutôt partie de cette génération d'intellectuels et d'artistes désabusés par un retour de ce qu'ils avaient pu combattre pendant les années 1960/1970, notamment le conflit irakien mené par l'administration de George Bush fils.
1963: Arrest and Trial(en), saison 1, épisode 11 "We May Be Better Strangers": Dale Beatty
1963: Au-delà du réel (The Outer Limits) (série télévisée) de Leslie Stevens, saison 1, épisode 10 "Le Cauchemar" (Nightmare): le soldat Arthur Dix
1963: The Nurses (série télévisée), saison 2, épisode 13 "The Witch of the East Wing": Carl
1964: East Side/West Side (série télévisée) de David Susskind, saison 1, épisode 21 "The Passion of the Nickel Player": l'officier de police judiciaire
1968: Mission impossible (Mission: Impossible) (série télévisée) de Bruce Geller, saison 3, épisode 17 "Au plus offrant " (Doomsday): le lieutenant Albert Brocke
1969: Ranch L (Lancer) (série télévisée) de Samuel A. Peeples, saison 1, épisode 22 "Le Rapt" (The Knot): Andy Blake
1993: Murphy Brown (sitcom) de Diane English, saison 6, épisode 2 "Les Années soixante" (Angst for the Memories): Nick Brody
1993: Les Contes de la crypte (Tales from the Crypt) (anthologie) de William Gaines et Steven Dodd, saison 5, épisode 8 "Illusions perdues" (Well Cooked Hams): Kraygen/Thomas Miller/Zorbin le Magnifique
1997: Gun (anthologie) de James Sadwith, saison unique, épisode 2 "Ricochet" (Ricochet): Van Guinness
1997: Péril en mer (Hostile Waters) (téléfilm) de David Drury: le skipper de l'Aurora
1997: Les Simpson (The Simpsons) (série d'animation) de Matt Groening, saison 9, épisode 2 "Le Principal Principal" (The Principal and the Pauper): le sergent Seymour Skinner (voix)
2013: BTVA People's Choice Voice Acting Awards de la meilleure performance vocale pour l'ensemble de la distribution dans un jeu vidéo pour Mass Effect 3 (partagé)
2020: Global Nonviolent Film Festival du meilleur documentaire pour The World Is My Country partagé avec Melanie N. Bennett (Productrice) et Arthur Kanegis (Réalisateur).
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