Llicenciat en filosofia a Chicago el 1936, treballà com a periodista fins a la Segona Guerra Mundial, durant la qual serví a la marina. Posteriorment reprengué la carrera periodística com a escriptor independent per a diverses publicacions periòdiques, entre les quals la infantil Humpty-Dumpty. Establert a Nova York, de 1956 a 1981 col·laborà regularment a la revista Scientific American en una columna anomenada Jocs Matemàtics, en la qual plantejà tota mena de problemes i enigmes matemàtics amb una combinació d’erudició, llenguatge planer i humor, articles amb els quals obtingué una gran popularitat. Recollí aquests jocs en diversos llibres, com ara Mathematical Puzzles and Diversions (1959), Mathematical Carnival (1975) i altres.
La diversitat dels seus interessos - sempre centrats, però, en les matemàtiques- el portà a analitzar temes molt dispars. Sobresurten els seus comentaris a l’Art Combinatòria de Ramon Llull (Logic Machines and Diagrams, 1958), l’obra de Lewis Carroll (The Annotated Alice, 1960) i la màgia (Mathematics, Magic and Mystery, 1956; Martin Gardner's Table Magic; 1998). Fou un celebrat divulgador científic, sobretot en matemàtiques, però també de física general i cosmologia (Relativity for Millions, 1962; The Ambidextrous Universe, 1964), i publicà també llibres de ficció molt impregnats de la seva preocupació pel coneixement científic, entre d’altres, la novel·la The Flight of Peter Fromm, 1973 i els contes The No-Sided Professor and other tales of fantasy, humor, mystery, and philosophy, 1987, àdhuc per al públic infantil i juvenil (Visitors From Oz: the Wild Adventures of Dorothy, the Scarecrow, and the Tin Woodman, 1998; Never Make Fun of a Turtle, My Son, 1969).
Durant tota la seva trajectòria com a escriptor combaté activament la difusió de la pseudociència, l’irracionalisme, els suposats fenomens paranormals, o les explicacions basades en creences religioses contràries al mètode científic. Publicà, en aquest vessant polèmic Fads and Fallacies in the Name of Science (1957), que accentuà a partir dels anys setanta amb la fundació, amb Carl Sagan, Isaac Asimov i altres del Comitè per a la Investigació Científica dels Anomenats Fenomens Paranormals (des del 2006 Comitè per a la Investigació Escèptica), la redacció regular d’una columna a la revista Skeptical Inquirer de 1983 a 2002 i la publicació d’altres llibres en la mateixa línia, com ara Science: Good, Bad, and Bogus (1981), les recopilacions d’articles New Age: Notes of a Fringe Watcher (1988) i On The Wild Side (1992) i Did Adam and Eve Have Navels?: Debunking Pseudoscience (2001). En The Whys of a Philosophical Scrivener (1983) i A Gardner's Workout: Training the Mind and Entertaining the Spirit (2001) exposa les seves posicions filosòfiques i vitals.