Han byrja å spele trommer då han var 13. I eit av dei første banda sine, the Jive Rockets, spelte han saman med den framtidige gitaristen i Staccatos i Vern Craig. Martin flytta etterkvart til Nashville der han spelte saman med blant andre Faron Young, Roy Orbison, The Everly Brothers og Patsy Cline. Undervegs tok han etternamnet Martin; og i barndomen vart ofte namnet Dwayne til «Dewey» og han gjorde det til fornamn. I 1964 var Martin i Seattle, der han spelte trommer på ein singel med Sir Raleigh and the Coupons. Singelen var ein coverversjon av «White Cliffs of Dover» i same stil som den britiske bølgja. Singelen hadde suksess i Los Angeles, så Martin flytta dit og spelte i ulike grupper og såg etter høve til å spele countryrock.
Våren 1966 vart han invitert til å vere med i ei gruppe som seinare vart til Buffalo Springfield. Martin vart i denne gruppa til dei skilde lag i mai 1968. Etter nokre forsøk med New Buffalo Springfield (seinare forkorta til New Buffalo) med stadig skiftande besetning, gjekk han over til å kalle gruppa Blue Mountain Eagle. Seinare gav han ut eit album med Dewey Martin and Medicine Ball i april 1970. Bruce Palmer deltok under innspelinga av Dewey Martin & Medicine Ball. Til trass for god mottaking, mista dei platekontrakten og Martin forlét musikkbransjen for å bli bilmekanikar mot slutten av 1970-åra. På midten av 1980-åra var han med i Pink Slip (saman med tidlegare Byrds bassist John York, seinare the Roberts-Meisner Band og til slutt i Bruce Palmer sitt Buffalo Springfield Revisited, før han til slutt trekte seg tilbake. I 1991 danna han Buffalo Springfield Again saman med gitarist Billy Darnell, men gruppa gjekk i oppløysing. I 1997 vart Dewey Martin saman med Buffalo Springfield teke inn i Rock and Roll Hall of Fame.
