Nato a Waco, nel Texas, figlio di un mediatore immobiliare e di una casalinga, è cresciuto in California, a Garden Grove . È di origine irlandese, scozzese e inglese. Da ragazzino lavora presso il "Magic Shop" di Disneyland dove sviluppa il suo talento per i giochi manuali e la magia e impara a creare gli animali con i palloncini e a suonare il banjo. Al liceo forma una piccola compagnia con la quale rappresenta una commedia musicale. Dopo la laurea in filosofia  abbandona la possibilità di passare all'insegnamento e pur cambiando radicalmente indirizzo. A 22 anni, nel 1967, è fidanzato con una ballerina .Grazie alla sua ragazza, Steve entra in contatto con l'autore principale dello show, Mason Williams.La collaborazione è molto positiva e prosegue portando a tutto il gruppo degli autori l'ambito premio Emmy nel 1969. Steve Martin è ormai un autore televisivo apprezzato e comincia anche a fare le sue prime apparizioni in alcune delle trasmissioni da lui firmate. Piano piano comincia anche ad esibirsi, sempre su pezzi scritti da sé, in teatri e club, dapprima all'apertura di alcuni spettacoli di altre compagnie, poi in rassegne di cabarettisti.Nel 1976 ottiene una nuova nomination ai premi Emmy per il programma Van Dyke and Company. A metà degli anni settanta, Steve Martin colleziona numerosissime partecipazioni agli show più seguiti della tv americana, compreso il nascente Saturday Night Live del quale sarà uno dei volti più noti pur non entrando mai ufficialmente a far parte del cast. Nel 1977 incide il suo primo album di canzoni comiche Let's get small ottenendo un successo strepitoso. Altrettanto successo ha con il secondo album, A Wild and Crazy Guy che nel 1978, a distanza di un anno, ottiene come il primo il Grammy Award per il miglior album comico dell'anno. Acquisita una grande popolarità come comico buffo e un po' demenziale, Steve Martin è pronto ad affrontare il salto verso il cinema, che è il suo vero obiettivo. Il suo esordio è con un corto dal titolo The Absent-Minded Waiter, di soli 7 minuti, con Buck Henry e Teri Garr, da lui scritto, e che subito ebbe una nomination all'Oscar per il miglior corto.L'esordio vero e proprio da attore in un lungometraggio è in Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band dove interpreta una canzone dei Beatles. Nel 1979 arriva Lo straccione (The Jerk), diretto da Carl Reiner, ma da lui scritto ed interpretato, che ottiene un enorme successo. Questo primo grande successo apre molte opportunità alla carriera di Steve Martin che, ad esempio, incontra Stanley Kubrick interessato a fargli interpretare un suo adattamento da Doppio sogno di Schnitzler, in forma di commedia sexy. Il progetto non viene portato avanti e solo venti anni più tardi, dallo stesso soggetto ma in una chiave differente, Kubrick realizzerà il suo ultimo film, Eyes Wide Shut. Altri successi come autore televisivo, spingono Martin a provare la carta di un film, sempre tutto suo, ma stavolta non comico. Il film è Spiccioli dal cielo .l ritorno al genere comico con la regia di Carl Reiner lo ripaga di successi con tre film molto diversi tra loro: Il mistero del cadavere scomparso (Dead Men Don't Wear Plaid) (1982), Ho perso la testa per un cervello (The Man with Two Brains) (1983) e Ho sposato un fantasma (All of Me). Nel 1986, insieme agli amici Martin Short e Chevy Chase è protagonista del western comico I tre amigos! (¡Three Amigos!) diretto da John Landis, con le musiche di Randy Newman. Sempre nell'86 è nel cast della versione cinematografica del musical La piccola bottega degli orrori (Little Shop of Horrors) dove è un dentista sadico. Questo è anche il primo di tre film interpretati insieme a Rick Moranis. Nel 1987 di nuovo un grande successo insieme a John Candy nella commedia diretta da John Hughes Un biglietto in due (Planes, Trains & Automobiles). Nello stesso anno, interpreta ed è tra gli autori di Roxanne, una versione attualizzata del Cyrano de Bergerac che gli vale premi importanti e che, soprattutto, gli fa superare l'etichettatura di autore/attore esclusivamente comico. Nel 1988 è insieme a Michael Caine nello spassoso Due figli di... (Dirty Rotten Scoundrels), remake di Frank Oz di un vecchio classico hollywoodiano. Tra il 1989 e il 1990 interpreta altre due commedie con Rick Moranis: Parenti, amici e tanti guai (Parenthood) di Ron Howard, e Il testimone più pazzo del mondo (My Blue Heaven). Nei due anni successivi interpreta e scrive due film sulla sua città, Los Angeles: la commedia Pazzi a Beverly Hills (L.A. Story) e la tragedia esistenzialista Grand Canyon - Il cuore della città diretta da Lawrence Kasdan, nel quale scopriamo la sua bravura in un ruolo drammatico.Nel thriller di David Mamet del 1997, La formula (The Spanish Prisoner).Ma è con le commedie per famiglie che Steve Martin si conferma come uno dei "principi del botteghino". Con Il padre della sposa (Father of the Bride) (1991), remake della commedia anni cinquanta ormai stella di livello internazionale. Dopo Il padre della sposa 2 (Father of the Bride Part II) (1995) di nuovo con Diane Keaton e Martin Short, ci sono Sperduti a Manhattan (The Out-of-Towners) insieme a Goldie Hawn nel remake di una commedia di Neil Simon del 1970 . Un ciclone in casa (Bringing Down the House) (2003) e Una scatenata dozzina (Cheaper by the Dozen), tutte commedie brillanti premiate dal pubblico.Nel 2005 viene portato al cinema un suo racconto, Shopgirl, da lui stesso prodotto e interpretato insieme a Claire Danes. Nel 2006 un nuovo remake e un'altra impegnativa prova col passato ottimamente affrontata ne La pantera rosa (The Pink Panther) (2006) dove interpreta il personaggio dell'ispettore Clouseau. Steve Martin, anche negli anni di grande successo come attore non ha mai smesso la sua attività di autore, scrivendo racconti e commedie ottenendo successi anche in questo ambito. Nel 2002 è tornato ad aggiudicarsi un Grammy award per la miglior performance in un pezzo country, grazie alla registrazione di un brano classico con il suo banjo.