Né le 3 août 1940 à Dayton, Ohio (Etats-Unis)

A 19 ans, Ramon Estevez s'arrange pour rater son examen d'entrée à l'Université de Dayton pour pouvoir suivre une carrière de comédien. Il déménage à New York où il trouve du travail au théâtre puis à la télévision. C'est dans ce dernier médium qu'il connaît ses premiers succès sous le pseudonyme de Martin Sheen. En 1967, il fait ses débuts au cinéma dans L' Incident de Larry Peerce. En 1968, il joue les premiers rôles dans The Subject was roses d'Ulu Grosbard, reprenant un des premiers rôles qui l'avait fait connaitre au théâtre. En 1973, Martin Sheen obtient une véritable reconnaissance pour son travail sur La Balade sauvage de Terrence Malick. Son interprétation d'un jeune tueur en série adolescent en fuite avec Sissy Spacek l'impose comme un des principaux héritiers de James Dean.

L'acteur peine pourtant par la suite à confirmer son statut au cinéma. A cette époque comme par la suite, on le retrouve au générique de très nombreux téléfilms. En 1976, il tourne au côté de Sophia Loren et Burt Lancaster dans le drame Le Pont de Cassandra. En 1979, Francis Ford Coppola fait appel à lui pour remplacer Harvey Keitel au pied levé après deux semaines de tournage. Il offre une composition halluciné du capitaine Willard remontant le fleuve à la recherche du colonel Kurtz. Le tournage ne sera pas de tout repos pour l'acteur puisqu'il y fera une crise cardiaque mettant un temps en danger la poursuite du film.

Les années 1980 lui offre plusieurs rôles de premiers plans. Il est un reporter du New York Times dans Gandhi (1982) de Richard Attenborough et un politicien plein d'ambitions dans Dead Zone (1983) de David Cronenberg. Il participe en parallèle à plusieurs documentaires engagés comme Broken Rainbow. En 1987, Martin Sheen retrouve pour la première fois sur grand écran son fils Sheen sur Wall Street d'Oliver Stone. Martin Sheen le dirigera en 1991 sur Cadence, son seul passage à la mise en scène. Le film suit un jeune militaire qui refuse de se plier aux ordres de l'autorité.

S'il tourne beaucoup dans les années 1990, Martin Sheen ne trouve plus de rôle de grande envergure. Il est le général Lee dans Gettysburg (1993), l'homme de main du président dans Le Président et Miss Wade (1995) et l'entraineur d'une équipe de basket dans Othello 2003 (2001). Un an après, Steven Spielberg lui offre le rôle du père de la fiancée de Leonardo DiCaprio dans Arrête-moi si tu peux, et tourne en 2006 sous la direction de Martin Scorsese dans Les Infiltrés.