Après des études d'art dramatique à Londres, Martin Freeman décide de se lancer dans la comédie en intégrant la Young Action Theatre Of Teddington, une troupe de théâtre amateur qui connait un petit succès et qui va surtout permettre au comédien de se faire repérer. A partir de 1997, il enchaîne ainsi les apparitions télévisées dans des séries telles que The Bill (1997) et Casualty (1998), et en profite pour faire ses premiers pas au cinéma dans Ali G en 2002.
Ses nombreuses prestations à la télévision le font peu à peu connaître du grand public, notamment lorsqu’il décroche, en 2001, le rôle de Tim Canterbury dans la série comique The Office. Cette série, véritable carton à la fois national et international, et dans laquelle il va rester pendant deux saisons, sera également adaptée aux Etats-Unis, au Québec ainsi qu'en France sous le nom du Bureau.
Alternant les rôles sur grand et petit écran, Martin Freeman est tour à tour au casting de la comédie romantique Love Actually (2003), de la comédie horrifique Shaun of the Dead (2004), ainsi qu'en tête d'affiche de la série "Hardware". Il décroche ensuite un rôle dans H2G2 : le guide du voyageur galactique (2005), qui lui permet d’asseoir un peu plus sa notoriété à l'étranger. Dés lors, il enchaine les rôles au cinéma, en intégrant notamment les castings de Par effraction (2006) et de l'hilarante comédie explosive Hot Fuzz (2007), avant de revêtir le costume du docteur Watson dans la série à succès Sherlock (2010).
En 2012, le comédien s'essaye au doublage d'animation avec Les Pirates ! Bons à rien, Mauvais en tout, un film à l'univers absurde et burlesque rappelant un peu celui de Pirates des Caraïbes. Repéré par le cinéaste Peter Jackson, Martin Freeman se voit ensuite proposer le rôle de sa carrière : celui de Bilbo le Hobbit, un des personnages principaux de la saga du Seigneur des anneaux, dont les aventures se déroulent au travers de deux volets qui lui sont spécialement dédiés : Bilbo le Hobbit : un voyage inattendu (2012) et Le Hobbit : histoire d'un aller et retour (2013).