Мартин в юности был разносторонним спортсменом, занимался плаванием, дзюдо, играл в гандбол и настольный теннис. Профессиональную баскетбольную карьеру начал в 17 лет в мадридском «Эстудиантесе». В 1981 году перешёл в «Реал Мадрид», в составе которого стал игроком национального уровня, получил приглашение в сборную Испании.
В 1985 году Мартин был выбран на драфте НБА во втором раунде под общим 38-м номером клубом «Нью-Джерси Нетс», но в НБА оказался только через год, когда права на него перешли клубу «Портленд Трэйл Блэйзерс». Фернандо Мартин стал первым испанцем и одним из первых европейских игроков в НБА. В сезоне 1986/1987 он провёл за «Портленд» всего 24 игры, много пропустив из-за травмы, и не смог закрепиться в команде. После окончания своего единственного сезона в НБА Мартин вернулся в «Реал Мадрид».
В составе национальной сборной Испании Мартин провёл 86 матчей, был участником чемпионатов мира 1982 и 1986 годов, а также чемпионатов Европы 1981, 1983 и 1985 годов. В 1983 году Испания стала серебряным призёром чемпионата Европы, а в 1984 году завоевала серебряную медаль Олимпийских игр, что является лучшим достижением сборной на олимпийских турнирах.
Фернандо Мартин погиб в автокатастрофе 3 декабря 1989 года в Мадриде, ему было всего 27 лет. В память о нём баскетбольный клуб «Реал Мадрид» вывел из обращения 10 номер, под которым играл Мартин. Его именем назван домашний стадион испанского клуба «Фуэнлабрада». В 2009 году Руди Фернандес, другой испанский баскетболист в составе «Портленд Трэйл Блэйзерс», участвовал в конкурсе слэм-данков НБА в майке «Блэйзерс» с номером 10 и фамилией «Мартин».
Младший брат Фернандо Антонио Мартин (род. 1966) также стал баскетболистом, выступал за мадридский «Реал» и защищал цвета сборной Испании на Олимпийских играх 1988 года в Сеуле.