Martin Brundle fait ses débuts en sport automobile dans les années 1970, se distinguant en karting avant de progresser vers la Formule Ford et la Formule 3 britannique.

En 1983, il se fait remarquer dans cette même catégorie, où il rivalise avec Ayrton Senna pour le titre. Leur duel est intense tout au long de la saison, et bien que le Brésilien remporte le championnat, Martin impressionne suffisamment pour obtenir un volant en Formule 1 l'année suivante.

Il fait ses débuts en Formule 1 avec Tyrrell. Il marque des points dès sa première course au Brésil et décroche une deuxième place prometteuse au Grand Prix de Détroit. Cependant, un grave accident à Dallas lui brise les jambes, l'obligeant à manquer la fin de la saison. Pour couronner le tout, Tyrrell est disqualifiée pour tricherie, ce qui annule tous ses résultats. De retour chez Tyrrell, il peine à retrouver son niveau de 1984. L'équipe souffre d'un manque de compétitivité et il ne parvient pas à marquer le moindre point. En 1986, pour sa troisième saison avec Tyrrell, il termine onzième du championnat, avec une belle quatrième place en Australie lors du dernier Grand Prix de la saison.

En 1987, il rejoint l'écurie Zakspeed, mais celle-ci est loin d'être compétitive. Il ne marque que deux points au cours de la saison grâce à une cinquième place lors du Grand Prix de Saint-Marin. Sans volant en Formule 1 pour la saison suivante, il se tourne vers l'endurance avec succès puisqu'il remporte le championnat du monde des voitures de sport avec Jaguar. Il participe également au Grand Prix de Belgique avec Williams en remplacement de Nigel Mansell, et se classe septième.

En 1989, il revient en Formule 1 avec Brabham. Il réalise quelques performances solides, notamment à Monaco où il termine sixième, ainsi qu'au Japon avec une cinquième place. Mais le reste du temps, il passe la saison à lutter en fond de grille et ne parvient pas à se qualifier à deux reprises. De nouveau sans volant en F1 en 1990, il continue en endurance et remporte les 24 Heures du Mans avec Jaguar, confirmant son talent dans cette discipline. En 1991, il fait son retour en Formule 1 avec Brabham, mais l'équipe est en difficulté. Il ne marque que deux points en terminant cinquième au Japon.

Grâce à Tom Walkinshaw, son ancien patron chez Jaguar, Martin est alors recruté par Benetton aux côtés de Michael Schumacher pour la saison 1992. Cette année-là, Benetton dispose d'une monoplace compétitive, même si elle est en retrait par rapport aux Williams-Renault. Ses débuts sont compliqués puisqu'il abandonne lors des quatre premières courses. Il marque ensuite des points lors des deux courses suivantes. L'une des courses les plus marquantes de sa saison est le Grand Prix du Canada. Après s'être élancé depuis la septième place, il réalise une belle remontée et dépasse même Michael Schumacher. Malheureusement, alors qu'il est deuxième et qu'il semble en mesure de dépasser Gerhard Berger, la transmission de la Benetton casse. Après cette déception, il enchaîne plusieurs performances solides et monte à cinq reprises sur le podium, dont une deuxième place en Italie. Il se classe sixième du championnat, prouvant qu'il peut rivaliser avec les meilleurs. Malgré ces bonnes performances, son contrat n'est pas renouvelé pour la saison suivante.

Il est alors pressenti pour être le coéquipier d'Alain Prost chez Williams, mais c'est finalement Damon Hill qui est retenu. Il rejoint finalement Ligier et décroche un podium au Grand Prix de Saint-Marin. Il se classe régulièrement dans les points, mais ne parvient pas à se battre pour les premières places et termine septième du championnat.

En 1994, il rejoint McLaren, mais l'équipe est en perte de vitesse et la MP4/9 manque de fiabilité. Il termine néanmoins à la deuxième place à Monaco. Lors du dernier Grand Prix, en Australie, il décroche un deuxième podium en terminant troisième. Il se classe de nouveau septième du championnat. Son passage chez McLaren est marqué par des difficultés techniques et une voiture peu compétitive.

L'année suivante, il retourne chez Ligier, mais partage son baquet avec Aguri Suzuki. Il décroche toutefois son dernier podium lors du Grand Prix de Belgique en terminant troisième. Cependant, l'équipe reste en retrait et il termine treizième du championnat. En 1996, il dispute sa dernière saison en Formule 1 avec Jordan. Il marque quelques points, mais ne décroche aucun podium. Son spectaculaire accident au départ du Grand Prix d'Australie reste l'un des moments marquants de l'année.

Après 1996, Martin quitte la Formule 1 mais continue de participer à des courses d'endurance jusqu'en 2001. En 2004, il crée avec son compatriote Mark Blundell une société de management dans le sport automobile, 2MB.

Depuis 1997, il est commentateur de Formule 1. Son expertise et son style direct en font l'une des voix les plus respectées du sport automobile. Son célèbre « grid walk », où il interviewe pilotes et célébrités sur la grille de départ, est devenu une tradition appréciée des fans.

Son parcours illustre une carrière riche, marquée par des succès en endurance et une présence constante en Formule 1 malgré des voitures souvent peu compétitives. Il reste aujourd'hui une figure incontournable du sport automobile.