Carlo Maria Martini nasce a Torino il giorno 15 febbraio 1927. Nel 1944 Entra nella Compagnia di Gesù (in latino Societas Iesu, anche nota come Gesuiti), una delle maggiori congregazioni religiose della Chiesa cattolica (fondata da Sant'Ignazio di Loyola). Studia presso l'Istituto Sociale, la Scuola dei Padri Gesuiti a Torino, e diviene sacerdote cattolico il 13 luglio 1952, ordinato nell'occasione dal cardinale Maurilio Fossati. 

Consegue la laurea in Teologia presso la Pontificia Università Gregoriana nel 1958, con una tesi di dottorato dal titolo "Il problema storico della Risurrezione negli studi recenti"; consegue poi una laurea in Scrittura presso il Pontificio Istituto Biblico, durante i primi anni Sessanta. 

Carlo Maria Martini diviene Rettore del Pontificio Istituto Biblico nel 1969; ricoprirà tale incarico fino al 1978, quando passerà a guidare per due anni, sempre come Rettore, la Pontificia Università Gregoriana. 

Alla fine del 1979 viene nominato Arcivescovo di Milano da papa Giovanni Paolo II; Martini viene consacrato vescovo poche settimane dopo, il 6 gennaio 1980. E' proclamato cardinale il 2 febbraio 1983. Da allora diviene molto intensa la sua attività pastorale, tanto che molti ritengono sia un possibile candidato per diventare il nuovo papa, quando l'anziano Giovanni Paolo II manifesta sempre più i segni della sua malattia. 

Nel 1986 è nominato Cavaliere di Gran Croce Ordine al merito della Repubblica Italiana.  Martini si ritira nel luglio 2002; decide di passare la maggior parte del proprio tempo a Gerusalemme, dove sceglie di vivere per dedicarsi agli studi biblici. 

Nella sua carriera ecclesiastica è stato presidente del Consiglio delle Conferenze Episcopali Europee dal 1986 al 1993. In veste di cardinale ha partecipato al conclave del 2005, che ha eletto papa il cardinale Joseph Ratzinger (papa Benedetto XVI). In tale occasione il nome di Carlo Maria Martini è stato indicato dai media come quello che sarebbe stato sostenuto come alternativa al cardinale Ratzinger; secondo i media, puntando su Martini, si auspicava la scelta di un Papa con vedute più ampie ed aperte alla modernità. 

Nel 2002 riceve una laurea honoris causa in Scienze dell'Educazione, dall'Università Cattolica del Sacro Cuore di Milano. Nel 2006 l'Università Vita-Salute San Raffaele insignisce Martini di una Laurea Honoris Causa in Medicina. Nel giugno 2006 anche l'Università ebraica di Gerusalemme insignisce Martini di una Laurea Honoris Causa, questa volta in Filosofia. 

Dal 15 febbraio 2007, al compimento dell'ottantesimo anno di età, sono decaduti tutti i suoi incarichi ricoperti nella Curia romana (ciò è disposto dal Motu Proprio "Ingravescentem aetatem" di Paolo VI del 1970). Martini non fa di conseguenza più parte del Consiglio permanente della Conferenza episcopale italiana. Continua invece ad appartenere, quale arcivescovo emerito, alla Conferenza Episcopale Lombarda. 

Sono numerosissimi gli scritti di Carlo Maria Martini: questi spaziano dalle ricerche biblico-esegetiche, alla pubblicazione di conferenze e relazioni a convegni, fino agli scritti pastorali, nonché alla trascrizione di meditazioni tenute in occasione di ritiri ed esercizi spirituali. 

Malato da tempo di Parkinson muore al Collegio Aloisianum di Gallarate (Varese) dove era in cura il 31 agosto 2012, all'età di 85 anni.