Martin debuteerde in de [[Winston Cup]] in 1981 op de [[North Wilkesboro Speedway]]. Een jaar later reed hij voor het eerst full-timefulltime en finishte op de veertiende plaats in de eindstand, waarna hij weer enkele jaren parttime aan de slag is in het kampioenschap. Vanaf 1988 gaat hij aan de slag bij [[Roush Racing]] waar hij tot het einde van 2006 zou blijven. Hij behaalde in zijn tweede jaar bij het team zijn eerste overwinning en finishte op de derde plaats in de eindstand. In 1990 werd hij voor de eerste keer vice-kampioen nadat hij de titel moest laten aan [[Dale Earnhardt]]. Hij wordt eveneens tweede in 1994, 1998 en 2002. In 2007 en 2008 reed hij het kampioenschap parttime om in 2009 over te stappen naar het gerenommeerde [[Hendrick Motorsports]] in een poging om alsnog een titel te winnen. De inmiddels vijftigjarige Martin moet zijn teamgenoot [[Jimmie Johnson]] voor laten gaan tijdens de [[NASCAR_Sprint_Cup#Chase_for_the_Championship|Chase for the Championship]] en wordt voor de vijfde keer vice-kampioen. In 2010 reed hij een tweede seizoen voor Hendrick Motorsports. Op het einde van 2009 won hij veertig races in de Sprint Cup.
