Hizo el noviciado en Cuneo; estudió en la Facultad de Filosofía Aloisianum, Gallarate, Milán; en la Facultad Teológica de Chieri, en Turín; en la Pontificia Universidad Gregoriana de Roma (en 1958 recibió el doctorado en teología fundamental con la tesis: "Il problema storico della Risurrezione negli studi recenti"); y en el Pontificio Instituto Bíblico, Roma, donde obtuvo otro doctorado con una tesis sobre "El problema de la recensionalidad del códice B a la luz del papiro Bodmer XIV".Tuvo una importante actividad académica e investigadora, publicó numerosos libros y artículos (basta recordar que él fue el único miembro católico del comité ecuménico que preparó la edición griega del Nuevo Testamento).Sus libros sobre los ejercicios espirituales son muy apreciados por la originalidad del enfoque, que combina la lealtad tradicional al modelo ignaciano con una nueva luz sobre las Escrituras.En 1979, el papa Juan Pablo II lo designó arzobispo de Milán y lo consagró personalmente en 1980.En 2002, fijó su residencia en Jerusalén, siendo el único cardenal que vivía en esta ciudad, a la que definía como «la ciudad más cargada de memoria religiosa de todo el mundo, la ciudad donde murió Jesús para la salvación del mundo y donde se venera su sepulcro vacío y se hace memoria de su resurrección».[3] En junio del mismo año, declaró en una entrevista que conocía a varias parejas homosexuales, "algunos de ellos hombres muy sociales" y añadió: "jamás se me ocurriría condenarlos".[6] Pero rápidamente señaló que una cosa es el principio del mal menor en tales casos, y otra muy distinta promover estas cosas en público, por lo que no corresponde a las autoridades de la Iglesia apoyar el uso público, pues se corre el riesgo de promover una actitud irresponsable.Instó a continuar con la reflexión sobre la estructura y el ejercicio de la autoridad eclesiástica.
Martini apoyó con la construcción del Hospital Mama Ashu, ubicado en
Chacas
, Perú.
