Мартин Хендерсън е роден в Окланд, Нова Зеландия. Започва да играе, когато е на 13 години, и участва в местната телевизионна продукция "Strangers" (1989). Учи в гимназията Westlake Boys и в началното училище Birkenhead. За първи път става звезда в родината си, когато участва в сериала "Шортланд стрийт", където играе героя Стюарт Нилсън от 1992 до 1995 г., в началото и средата на 90-те години. След това се премества в Австралия, за да се снима в краткотрайната сапунка Echo Point и Sweat, в която участва и съвсем младият Хийт Леджър. Двамата стават приятели и Мартин убеждава Хийт да се премести в Сидни и да направи кариера, като двамата заживяват заедно. Мартин работи и по филмите Home and Away и Big Sky, както и получава номинация за наградата AFI за поддържащата си роля в австралийския филм Kick. Мартин напуска Австралия, за да учи актьорско майсторство и театър в Ню Йорк, където поглежда и към Хийт в Лос Анджелис.
Хендерсън прекарва повече от година в неуспешни прослушвания за филмови роли в Лос Анджелис, но през 2001 г. най-накрая получава поддържаща роля във военния филм "Ветроходци" на режисьора Джон Ву. През 2002 г. се снима с актрисата Наоми Уотс във филма на ужасите "Пръстенът". През 2005 г. се снима срещу индийската актриса Айшвария Рай в романтичния филм "Булка и предразсъдъци", както и в наградения "Малка риба" с Кейт Бланшет в главната роля. През 2010 г. е обявено, че Хендерсън е включен в новия телевизионен сериал на създателя на "Анатомията на Грей" "Off the Map", в който лекари пътуват до края на света, за да преоткрият защо първоначално са искали да станат лекари.
През 2018 г. участва във филма на ужасите The Strangers: Prey at Night (2018). - И.И. превод