La sua prima opera certa è la singolare facciata di Sant'Antonio dei Portoghesi a Roma (1629 circa), ornata da una grande abbondanza di stemmi e statue che ricordano quasi un apparato effimero, il cui timpano accoglie un gigantesco stemma della dinastia dei Braganza.
All'inizio del quarto decennio ereditò dal padre il cantiere dei Santi Ambrogio e Carlo al Corso, per cui disegnò un progetto di facciata (non eseguito) con un profilo concavo affiancato da due torri e ornato da un sovraffollarsi di colonne in travertino.
Nel 1653 restaurò la chiesa di Sant'Adriano nel Foro Romano (il suo intervento venne eliminato per riportare alla luce l'antica Curia Romana durante gli scavi archeologici del 1933), il cui interno era scandito da una successione di colonne libere di ispirazione palladiana o tibaldiana, che avrebbero a loro volta ispirato il sistema di Santa Maria in Campitelli di Carlo Rainaldi.
La sua opera più celebre è però la facciata della chiesa dei Santi Vincenzo e Anastasio (1646-1650) nella piazza della Fontana di Trevi, anch'essa caratterizzata dalla sovrabbondanza di colonne in travertino che si addensano in corrispondenza dell'asse centrale e dalla presenza di numerose statue, erme, stemmi e rilievi (il progetto originario, molto più ricco, non fu eseguito completamente). Committente della facciata fu il cardinale Giulio Mazzarino, che qui era stato battezzato.
J.L. Varriano, The Architecture of Martino Longhi the Younger (1602-1660), in Journal of the Society of Architectural Historians (1971) 30 (2): 101–118;
M. Fagiolo dell'Arco, L'altare Colonna in S. Carlo ai Catinari : Gaspare Celio e Andrea Commodi, Martino Lunghi il giovane e Orfeo Boselli, Pierre Mignard e Pietro da Cortona in Studi in onore di Giulio Carlo Argan, Firenze, Nuova Italia, 1994;
F. Toni et al., S. Antonio dei Portoghesi, Àrgos, Roma, 1992;
V. Rizzi, " Sul restauro della facciata della chiesa dei Ss. Vincenzo e Anastasio"(con 4 tavv. ft), in " Studi Romani 39.3 (1991): 286.
