Серджио Мартино родился в Риме 19 июля 1938 года. Влияние на его будущее занятие оказал дедушка Дженнаро Мартино, популярный кинематографист, приложивший руку к созданию первого итальянского звукового фильма. Однако первым в кино пришел старший брат Серджио — Лучано, ставший впоследствии удачливым продюсером, с которым Мартино-младший постоянно сотрудничал.
Когда популярность джиалло пошла на убыль, троица Мартино-Кастальди-Мартино не стала топтаться на месте, а следовали конъюнктуре рынка. В середине 70-х Мартино снимает криминальные фильмы, легкие эротические комедии. Особняком в этой череде стоит «Манная — человек по прозвищу» Клинок«(1977) — последний из великих спагетти-вестернов. В заглавной роли этой мрачной зарисовки о Диком Западе неожиданно блеснул Маурицио Мерли, бессменная звезда итальянских полицейских боевиков.»
На рубеже 70-80-х Мартино не избежал кризиса, постигшего итальянское жанровое кино. Его постановки как бы съеживались, теряли свойственные режиссеру напор и яркость, растворялись в потоке такого же однообразного трэша, имитировавшего популярные американские образцы. «Гора богини каннибалов»(1978) с Урсулой Андресс строго следовала канонам каннибальского фильма,«Остров людей-рыб»(1979) — приключенческой фантастики,«Река великого каймана»(1979) — ужастикам о животных-убийцах,«2019: после падения Нью-Йорка» (1983) — постапокалиптическим боевикам.
В 90-е Серджио Мартино не ушел из кинопроизводства, но не сделал практически ничего запоминающегося. Большинство его фильмов были постановками для телевидения.