Interpretà 16 pel·lícules juntament amb Jerry Lewis, entre les quals Artists and Models i Fool for Anita, totes dues dirigides per Frank Tashlin. Posteriorment realitzà les que són considerades les seves millors interpretacions, en films com Some Came Running (1958) de V.Minnelli, Rio Bravo (1959) de Howard Hawks, Bells Are Ringing (1960), també de Minnelli, i Kiss Me, Stupid (1964) de Billy Wilder i Rough night in Jericho (1967). Martin fou molt conegut, també, en la seva faceta de cantant.