Né le 14 Août 1945 à Waco au Texas, Steve Martin passe sa jeunesse en Californie du Sud.
A la fin des années 60, il devient scénariste de télévision et remporte un Emmy pour son travail sur la série The Smothers Brothers Comedy Hour. Dès le tout début des années 70, il joue ses propres spectacles dans des clubs et à la télévision.
Lancé par ses prestations dans le Tonight Show de Johnny Carson, il anime plusieurs émissions de Saturday Night Live, et interprète et coécrit 4 émissions spéciales très regardées. Il remporte des Grammy Awards pour ses deux albums comiques, Let's Get Small et A Wild and Crazy Guy . Son single King Tut est disque d'or.
Son premier film pour le cinéma, le court métrage The Absent-Minded Waiter, qu'il écrit et interprète, est nommé à l'Oscar 1977. En 1979, il passe au long, coécrivant et interprétant Un vrai Schnock de Carl Reiner. Il joue ensuite avec Bernadette Peters dans Tout l'or du ciel de Herbert Ross.
En 1982, il coécrit et interprète le thriller Les cadavres ne portent pas de costard et la comédie de science-fiction L'homme aux deux cerveaux, tous 2 réalisés par Carl Reiner. Il obtient en 1984 le Prix du meilleur acteur de la New York Film Critics Association et du National Board of Review pour son interprétation face à Lily Tomlin dans Solo pour deux, son 4ème film avec Reiner.
En 1987, Roxanne, adaptation moderne de Cyrano de Bergerac, réalisée par Fred Schepisi, lui vaut non seulement un excellent accueil auprès du public, mais aussi le Prix du meilleur acteur de la Los Angeles Film Critics Association et un Prix du meilleur scénario de la Writers Guild of America. Il est également producteur exécutif du film. En 1988, il partage avec Michael Caine la vedette de la comédie Le plus escroc des deux de Frank Oz et joue dans Portrait craché d'une famille modèle de Ron Howard avec Mary Steenburgen et Dianne West.
En 1991, il écrit, joue et assure la coproduction exécutive de la comédie à succès Los Angeles story de Mick Jackson. La même année, il tient un petit rôle dans Grand canyon de Lawrence Kasdan puis joue dans la comédie Le père de la mariée de Charles Shyer aux côtés de Diane Keaton. On le voit ensuite dans Fais comme chez toi de Frank Oz.
En 1996, il retrouve Diane Keaton pour Le père de la mariée 2 de Charles Shyer, qui connaît le même succès que le premier film, et il est nommé au Golden Globe. Il sera salué l'année suivante pour son impressionnante interprétation de l'homme d'affaires douteux de La prisonnière espagnole de David Mamet. Il a ensuite écrit et interprété Bowfinger, roi d'Hollywood de Frank Oz, avec Eddie Murphy, et Novocaine de David Atkins, avec Helena Bonham Carter et Laura Dern.
A sa filmographie figurent aussi La petite boutique des horreurs de Frank Oz, Un ticket pour deux de John Hughes, Trois amigos de John Landis, The lonely guy d'Arthur Hiller, Sergent Bilko de Jonathan Lynn, Leap of faith de Richard Pearce et My blue heaven de Herbert Ross.
Il retrouve le personnage de Tom Baker qu'il a créé dans Treize à la douzaine de Shawn Levy, l'un des plus gros succès de sa carrière. Cette comédie familiale dans laquelle il avait déjà pour partenaires Bonnie Hunt et Hilary Duff, a rapporté plus de 135 millions de dollars rien qu'aux Etats-Unis.
Il a incarné le célébrissime inspecteur Clouseau dans La panthère rose de Shawn Levy, dont il est aussi scénariste, et joué dans Shopgirl d'Anand Tucker, avec Claire Danes et Jason Schwartzman, dont il a écrit le scénario d'après son roman best-seller éponyme.
Il a auparavant été l'interprète de Bronx a Bel-Air, dans lequel il jouait déjà sous la direction d'Adam Shankman, avec Queen Latifah. Il a joué par ailleurs dans Les looney tunes passent à l'action de Joe Dante, face à Brendan Fraser, Jenna Elfman et aux personnages animés des Looney Tunes.
Côté théâtre, sa pièce originale, la comédie dramatique Picasso at the Lapin Agile, a connu un grand succès au Steppenwolf Theatre de Chicago, avant d'être saluée avec le même enthousiasme à Boston, Los Angeles et off-Broadway. Il a écrit aussi The Underpants, adaptation de la pièce originale de Carl Sternheim de 1911, qui a été jouée par la Classic Stage Company en avril 2002.
Après le succès de son premier roman, Shopgirl, le second, The Pleasure of My Company a lui aussi été classé sur les listes de best-sellers. Il est également l'auteur d'un recueil de nouvelles best-seller, Pure Drivel. Il écrit régulièrement pour le New Yorker et le New York Times.
En 2006 nous le retrouvons dans le second opus de Treize à la douzaine réalisé cette fois par Adam Shankman. Il a cette fois maille à partir avec le père de la petite amie d'un de ses fils. La même année il est l'Inspecteur Clouseau dans la comédie de Shawn Levy, La panthère rose, dont il est également scénariste. Il reprend le rôle dans le 2ème volet, La panthère rose 2, en 2008. En 2009, on le retrouve en amoureux de Meryl Streep dans la comédie Pas si simple de Nancy Meyers.
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