Родился и вырос в Нью-Йорке. Работал поваром в морской пехоте США.
После увольнения с военной службы учится в Нью-Йоркском университете. Где снимает два короткометражных фильма: «Что такая симпатичная девушка как ты делает в таком месте как это?» и «Это не только ты, Мюррей». Более известный короткометражный фильм Скорсезе — «Конкретная стрижка», снятый в 1967 году. Фильм критикует вторжение Американского правительства во Вьетнамский конфликт, из-за этого второе название фильма — «Вьет’67».
Первый полнометражный фильм Мартина Скорсезе носил рабочее название «Я позвоню первым» (I Call First) и снимался в 1967 году, после того как режиссёр закончил работу над своим короткометражным фильмом «Конкретная стрижка». Главную роль в картине исполнил начинающий актёр Харви Кейтель, который позже снимется в нескольких других работах Скорсезе. Фильм рассказывал историю любви Джей Р. и его девушки, живущих на улицах Нью-Йорка. К концу съёмок Скорсезе решил переименовать фильм в «Кто стучится в дверь мою?» (Who’s That Knocking at My Door?). После этого он снимает ещё две картины: полудокументальный фильм «Уличные сценки» и «Берта по прозвищу „Товарный вагон“» (Boxcar Bertha), основанный на реальной истории.
В 1973 году на экраны вышел фильм «Злые улицы». В фильме помимо Харви Кейтеля сыграл начинающий актёр Роберт Де Ниро, ранее работавший с Брайаном Де Пальмой. В центре сюжета фильма четыре парня, находящихся в тени своих родственников старшего поколения: Тони, итальянец около 30 лет от роду, заправляет местным баром; Майк претендует на звание серьёзного мафиозного воротилы, не роняет ни на секунду маску серьёзности, при том что единственный из всей компании действует исходя из понятий мафиози старого поколения; Джонни Бой занимает деньги у всех без всякого намерения вернуть, ему абсолютно положить с прибором на все понятия, законы и связи этого общества, ему просто нужно выпить, снять девочек, набить кому-нибудь рожу; и Чарли, племянник местного босса мафии, стремится воплотить в жизнь идеи великого Франциска Ассизского, но делает это «на улицах», по своей недальновидной мерке. Чарли очень религиозен, он испытывает свое терпение и веру: пытается спасти Джонни Боя, при том, что покидает свою подругу в момент приступа эпилепсии. В результате снятый Скорсезе фильм был высоко оценен публикой.
В 1974 году Эллен Бёрстин решилась на съёмки в новой картине Мартина Скорсезе Алиса здесь больше не живёт. Фильм не получил особых наград, кроме Оскара за лучшую женскую роль 1975 года. Фильм рассказывал историю Алисы, у которой умер муж, оставив её безработную с ребёнком на руках.
В 1976 году Скорсезе снимает фильм Таксист, в котором впервые был полностью раскрыт талант Мартина Скорсезе как режиссёра. Также, помимо режиссёрской работы, критики высоко оценили актёрскую работу Роберта Де Ниро и работу оператора Майкла Чэпмена. Премьера состоялась 8 февраля 1976 года в США. Повторный выход состоялся 16 февраля 1996 года в США. В фильме Роберт Де Ниро играет таксиста, бывшего морского пехотинца Тревиса Бикла.
«Золотая пальмовая ветвь» Каннского кинофестиваля (1976), две премии BAFTA. В общем итоге фильм получил 18 кинопремий, номинировался на четыре Оскара и 9 других премий.
Фильм был задействован в деле о попытке убийства президента США Рональда Рейгана. В 1970-х годах Джон Хинкли посмотрел фильм «Таксист» не менее 15 раз и, по-видимому, отождествлял себя с главным героем фильма. Несколько последующих лет Хинкли преследовал Джоди Фостер (игравшую в фильме малолетнюю проститутку) по стране и дошёл даже до того, что, узнав из журнала, что она учится в Йельском университете, поступил туда же на курс писательского мастерства. В конце 1980 г. Хинкли написал Фостер множество писем, а также дважды говорил с ней по телефону. Получив вежливый, но однозначный отказ, он, тем не менее, не стал отказываться от своих намерений. Хинкли был уверен, что, прославившись на всю страну, он может добиться равного социального статуса с Фостер. Подобно герою фильма Тревису Биклу, Хинкли начал преследовать президента Джимми Картера с целью его убийства. В марте 1981 г. Хинкли написал Фостер ещё несколько записок. Их тон заметно отличался от предыдущих и побудил её передать их декану. Декан, в свою очередь, передал записки в полицию, однако местонахождение Хинкли установить не удалось. Вскоре Хинкли попытался убить Рональда Рейгана и был арестован.
В 1978 году, когда Мартин Скорсезе едва не умер от передозировки наркотиков (он нюхал кокаин), Роберт Де Ниро навестив режиссёра в больнице, попытался уговорить его никогда больше не употреблять наркотики и высказал пожелание, чтобы Скорсезе снял фильм о боксёре. Сначала Скорсезе отказался (он не любил картины о спорте), но Де Ниро в конце концов сумел его переубедить. Многие утверждают, что Де Ниро спас режиссёру жизнь, сумев настоять на его возвращении к работе.
В результате Скорсезе снял фильм «Бешеный бык» об известном американском боксёре итальянского происхождения, чемпионе мира Джейке Ла-Мотта. Сюжет построен как воспоминания постаревшего Джейка в 1960-х годах о расцвете и конце своей блестящей карьеры на боксёрском ринге. Своё прозвище Джейк получил за неукротимый бойцовский дух и бешеный нрав, который также испытали на себе его близкие. Фильм повествует о непростых взаимоотношениях Джейка со своим братом, промоутером и тренером Джоуи и женой Викки. Фильм был высоко оценен критиками и получил Оскар за лучшую мужскую роль и за лучший монтаж (фильм имел номинации ещё в шести категориях).
Действие фильма начинается в баре где уже пожилой и закаленный в бильярдных баталиях катала (Пол Ньюман) встречает молодого и талантливого, но недостаточно амбициозного игрока (Том Круз). После чего начинается их совместное турне по штатам Америки. Старик учит молодого тонкостям игры, получая процент от его выигрышей. Сопровождает их молодая подружка героя Тома Круза. В конце концов компаньоны расходятся, чтобы встретиться через некоторое время за столом в финале крупного турнира.
В 2006 году Мартин Скорсезе снял ремейк популярного гонконгского криминального триллера «Двойная рокировка», вышедшего в 2002 году, фильм носил название «Отступники». В главных ролях снялись Леонардо Ди Каприо и Мэтт Дэймон. Фильм рассказывал про двух лучших выпускников полицейской академии, которые оказались по разные стороны баррикады: один из них — агент мафии в рядах правоохранительных органов, другой — «крот», внедрённый в мафию. Каждый считает своим долгом обнаружить и уничтожить противника, но постоянная жизнь в искажённых реалиях меняет внутренний мир героев.
В первый уикенд после своего выхода на экраны «Отступники» заняли первое место по дебютным кассовым сборам в США, заработав 26,887,467 $ и опередив фильмы «Работник месяца» и «Техасская резня бензопилой: Начало». В Великобритании в дебюте фильм уступил только картине «Дьявол носит Prada», однако в следующую неделю вышел на первое место. По состоянию на 15 декабря 2006 года фильм собрал 118,7 млн $ в США и 219,5 млн $ по всему миру, став самым коммерчески успешным фильмом Скорсезе. Так же фильм получил отличные отзывы кинокритиков и ряд наград, включая шесть номинаций на «Золотой глобус» в категориях «лучший фильм», «лучший режиссёр», «лучший актёр» (Леонардо Ди Каприо), две «лучший актёр второго плана» (Джек Николсон и Марк Уолберг) и «лучший сценарий». Однако лишь в одной номинации, за лучшую режиссуру, фильму удалось получить приз.
Именно 26 февраля 2007 года Мартин Скорсезе получил долгожданную премию «Оскар». Номинирован он был шесть раз: в 1981 году за фильм «Бешеный бык», в 1989 году за работу «Последнее искушение Христа», в 1991 за фильм «Славные парни», в 2003 году за «Банды Нью-Йорка», в 2005 году за фильм «Авиатор» и в 2007 году за фильм «Отступники».
Большинство фильмов Скорсезе основаны на реальных событиях. Часто исполняет небольшую эпизодическую роль в своих фильмах.
Скорсезе вступал в брак пять раз, четырежды разводился. С первой женой режиссёр расстался из-за религиозных разногласий (первая супруга — иудейка, Скорсезе — католик). Вторая жена — домохозяйка. Третья — журналистка — ушла от мужа из-за его измены (Скорсезе приписывали роман с певицей и актрисой Лайзой Минелли). У Мартина Скорсезе от предыдущих браков (кроме второго) есть три дочери. С 1999 года женат на Хелен Моррис. От их брака у них родилась четвёртая дочь Франческа.
Мартин Скорсезе был одним из монтажёров музыкального документального фильма «Вудсток» о легендарном фестивале рок-музыки, проходившем под открытым небом в Вудстоке в 1969 году. В этой работе не просто запечатлены выступления популярных исполнителей своего времени, но и создан уникальный портрет поколения шестидесятых годов в Америке. Режиссёром фильма выступил Майкл Уэдли.
Документальный телефильм, вышедший в 1995 году и посвященный фильмам раннего Голливуда. Повествование, не сохраняя хронологической последовательности, охватывает период от становления американского кинематографа до переломных времен начала 1960-х, от новаторства Д. У. Гриффита 1910-х годов до классических фильмов таких мастеров эпохи расцвета Голливуда как Билли Уайлдер, Винсент Минелли, Элиа Казан. Скорсезе рассматривает развитие таких типично американских узких жанров как вестерн, мюзикл, гангстерский фильм, показывая изменения, которые претерпевали те клише и стандарты, по которым они снимались. Значительную часть фильма занимает рассказ об особенностях режиссёрской работы, о том, как режиссёры стремились преодолеть стереотипы коммерческого кино, привнося новые технические и художественные решения, а иногда и откровенно бунтуя против них. В фильме использованы элементы интервью режиссёров, в которых они рассказывают о своем творческом подходе и своем видении кино.
Документальный фильм Мартина Скорсезе, в котором рассказывается о карьере рок-н-ролльной группы The Rolling Stones. В фильм также включены кадры съёмок тура «A Bigger Bang Tour» (2006). Скорсезе снимал The Rolling Stones в течение двух ночей в нью-йоркском Beacon Theater: 29 октября и 1 ноября 2006 года.