Originaire de Nouvelle Zélande, il s'installe en Grande Bretagne en 1966. Il est caméraman de télévision à Londres avant de s'occuper du suivi de la production du film britannique SCUM d'Alan Clarke puis de la production de Black Joy d'Anthony Simmons, sélectionné pour le Festival de Cannes.
C'est à la télévision que Martin Campbell fait ses premiers pas de réalisateur, notamment pour la série policière britannique Les Professionnels. Il enchaîne avec la très populaire série dramatique de la BBC Shoestring puis avec Minder. Il connaît aussi un réel succès avec le téléfilm Reilly : Ace of Spies. En 1986, il réalise Edge of darkness pour la BBC, une minisérie de 5 heures qui reçoit plusieurs prix dont six BAFTA Awards.
C'est en 1988 qu'il part pour les Etats-Unis, où il réalise La loi criminelle avec Kevin Bacon et Gary Oldman, Sans aucune défense avec Barbara Hershey et Sam Shepard, et Absolom 2022 avec Ray Liotta.
Il a réalisé pour la télévision américaine deux épisodes de la série Homicide, dont l'épisode Three men and Adena, qui lui valut le Monitor Award. Il réalise aussi le téléfilm Cast a deadly spell qui remporte un Emmy.
En 1995, Martin Campbell rencontre un succès international en réalisant Goldeneye, le James Bond qui a imposé Pierce Brosnan dans le rôle-titre et a spectaculairement relancé la série. Les succés s'enchainent alors. En 1998, il fait exploser la carrière d'Antonio Banderas et de Catherine Zeta Jones grâce au film Le masque de Zorro.
Plus tard il s'essaie à l'action pure avec le vertigineux Vertical Limit, qu'il réalise et produit. Plébiscité par la critique et le public, le film rapporte plus de 200 millions de dollars au box-office. Il signe ensuite une fresque épique, Sans frontière avec Angelina Jolie et Clive Owen.
En 2005, sort dans nos salles le second opus des aventures de Zorro, La légende de Zorro, où il dirige de nouveau Antonio Banderas et Catherine Zeta Jones. Enfin en 2006, il est à nouveau choisi pour réaliser un nouveau James bond, Casino Royale. En 2010, il revient avec le thriller Hors de Contrôle avec Mel Gibson en tête d'affiche.
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