Az ír-spanyol származású színész Ramón Antonio Gerard Estévez néven látta meg a napvilágot az ohiói Daytonban. Munkás szülei katolikus szellemben nevelték nyolc testvérével együtt, a ma is hívő Sheen valószínűleg az egyetlen hollywoodi sztár, aki művésznévként egy katolikus érsek (Fulton John Sheen) nevét választotta.

Annyira színész akart lenni, hogy szándékosan elbliccelte egyetemi felvételi vizsgáját, inkább - dacolva az atyai tiltással - egy katolikus paptól kölcsönkért pénzen New Yorkba utazott. (A kihagyott kollégiumi éveket 65 évesen pótolta: miután "kitöltötte elnöki mandátumát" a tévésorozatban, egy szemesztert hallgatott anyja szülőföldjén, az írországi Galway egyetemén.)

New Yorkban találkozott egy újabb híres katolikus személyiséggel, aki világlátását formálta: az újságíró, feminista, kommunista és pacifista Dorothy Day hatására lett politikai aktivista (első sztrájkját 14 évesen egy ohioi golfklub labdaszedő fiúi között szervezte), elkötelezettsége azóta is megmaradt.

A hírnévért keményen meg kellett küzdenie, díszletmunkásból lett tévészínész, majd a Broadway színpadán bizonyított. A hetvenes évek elejétől Hollywoodban élt és dolgozott, itt figyelt fel rá Francis Ford Coppola, aki felajánlotta neki Benjamin L. Willard kapitány szerepét Apokalipszis most című háborús filmjében. A katasztrofális, két évig tartó forgatás során Sheen egy szívrohamot is túlélt, de a végeredmény mindenért kárpótolta. A film nyolc Oscar-jelölést kapott, a színészt pedig a legnagyobb sztárok közé repítette.

Több alkalommal személyesítette meg az Egyesült Államok elnökét, legtovább, hét évig Az elnök emberei című tévésorozatban - sokak szerint jobban teljesített, mint George W. Bush a Fehér Házban.

Martin Sheen fáradhatatlan politikai aktivista. 2003-ban tüntetést vezetett Los Angelesben az iraki háború ellen, s gyakran emeli fel szavát az emberi jogok, jótékonysági célok, a szegények és üldözöttek érdekében. Ugyanakkor elkötelezett családapa, egy hollywoodi dinasztia feje is, mind a négy gyermeke a színészi pályát választotta. Két fiával, Emilio Estevezzel és Charlie Sheennel több alkalommal is együtt játszott, utóbbival például a Tőzsdecápákban és a Nagy durranás című fergeteges vígjáték második részében.