Souffrant d'asthme, Martin Scorsese fréquente les salles de cinéma de Little Italy dès son adolescence. Il souhaite devenir peintre puis prêtre avant d'entamer ses études à la New York University où il tourne ses premiers courts métrages. En 1965, il commence à travailler sur Who's that knocking at my door ?, son premier long métrage avec Harvey Keitel dans le rôle principal, qu'il ne terminera que quatre années plus tard. Entre temps, il se fait renvoyer du tournage des Tueurs de la lune de miel au bout d'une semaine et effectue quelques travaux de montage. Le cinéaste est alors approché par Roger Corman qui lui propose de financer son second long métrage, Bertha Boxcar (1972). Mécontent des contraintes imposées par le producteur, il cherche à revenir à un sujet plus personnel et finit par trouver les fonds nécessaires au tournage de Mean streets (1973). Le film marque sa première collaboration avec son acteur fétiche Robert De Niro et impose Scorsese comme l'un des réalisateurs les plus prometteurs de sa génération.

Le cinéaste accepte ensuite de faire ses preuves sur une œuvre plus commerciale. Alice n'habite plus ici (1974) démontre qu'il peut s'adapter à tous les types de sujets. Ellen Burstyn remporte l'Oscar de la Meilleure actrice pour sa performance dans le film. En 1976, le cinéaste fait sensation à Cannes en remportant la Palme d'or pour Taxi Driver, l'histoire d'un vétéran du Vietnam solitaire obsédé par la saleté des rues new yorkaises. Scorsese entame alors une période difficile de sa vie. Le tournage de New York, New York (1977), totalement désordonné, laisse le cinéaste déprimé. Abusant des drogues, il est au bord du suicide avant de se reprendre. De Niro lui propose de tourner une biographie du boxeur Jack La Motta : Scorsese fait de Raging Bull (1980) sa rédemption.

Les années 1980 sont commercialement difficiles pour Scorsese. Il se tourne vers la comédie avec La Valse des pantins (1983) et After Hours (1985), Prix de la mise en scène à Cannes, qui ne séduisent pas le grand public. Il doit donc à nouveau tourner un film ouvertement plus commercial, La Couleur de l'argent (1987), pour financer un projet qui lui tient à coeur depuis plus de dix ans, La Derniere Tentation du Christ, qui choque l'Amérique puritaine. L'investissement d'Universal sur ce dernier projet amène Scorsese à tourner pour le studio Les Nerfs à vif (1991), remake du film homonyme de Jack Lee Thompson.

En 1990 puis 1995, Scorsese offre deux brillantes explorations du monde de la Mafia avec Les Affranchis et Casino. Il y démontre avec style les impasses du rêve américain. Les films bénéficient des performances inoubliables de Joe Pesci et Robert De Niro. Cadre d'un drame amoureux dans Le Temps de l'innocence (1993) ou de la crise spirituelle d'un ambulancier dans A tombeau ouvert (1999), la ville de New York tient une place de choix dans l'oeuvre du cinéaste comme en témoigne, en 2002, Gangs of New York, fresque portée par Leonardo DiCaprio et Daniel Day-Lewis, qui retrace l'affrontement entre Américains et nouveaux immigrants en pleine guerre civile. Un DiCaprio qu'il retrouve à plusieurs reprises, pour Aviator (2005), biopic consacré au milliardaire excentrique Howard Hughes et hommage du cinéphile Scorsese à l'âge d'or d'Hollywood, et pour le polar Les Infiltrés, remake du film hongkongais Infernal affairs.

Martin Scorsese entame cette nouvelle décennie en tant que producteur et réalisateur du pilote de la série Boardwalk Empire emmenée par un Steve Buscemi en très grande forme ; véritable immersion dans le monde mafieux d'Atlantic City, cité du crime des années 20. Boardwalk Empire récolte au passage de nombreux prix à l'issue de sa première saison dont celui de "meilleure série dramatique" aux Golden Globes 2011. Succès oblige, elle est renouvelée pour deux saisons supplémentaires la même année. Côté cinéma, le cinéaste retrouve encore une fois Leonardo DiCaprio en 2010, et l'envoie enquêter au coeur d'un asile psychiatrique dans Shutter Island, adapté du roman de Dennis Lehane. Nouvelle année et nouvelle adaptation en 2011 pour le cinéaste qui s'attaque aux aventures parisiennes et mystérieuses d'Hugo Cabret dans lequel il dirige le jeune Asa Butterfield, ainsi que Jude Law.

Martin Scorsese a toujours voué un culte sans précédent au "rock'n'roll", au "rock classic" ainsi qu'au "blues". Ces genres musicaux font véritablement partie intégrante des œuvres de sa filmographie. D'Eric Clapton aux Rolling Stones, ces morceaux choisis ont contribué à donner une puissance sonore indéniable à ses films. Ainsi, en véritable passionné, il s'est prêté à la réalisation et à la production de nombreux documentaires et/ou concerts concernant ses idoles. Parmi eux, on peut citer : le clip Bad pour Michael Jackson en 1987, les documentaires Eric Clapton: Nothing But the Blues en 1995 et No Direction Home: Bob Dylan en 2005, le concert Rolling Stones : Shine a Light en 2008 ou plus récemment le documentaire consacré à l'ancien Beatles, George Harrison: Living in the Material World en 2011.

En 2013 sort Le Loup de Wall Street, adaptation du roman éponyme de l’ancien courtier Jordan Belfort, rédigé à sa sortie de prison. Le cinéaste de Little Italy met une cinquième fois en scène Leonardo DiCaprio pour l’occasion. Quatre ans plus tard, le natif de New York réalise enfin son rêve, adapter à l'écran le roman du japonais Shusaku Endo, Silence. Près de 30 ans après avoir découvert cette histoire, le mythique cinéaste parvient enfin au but, nous emmener au 17ème siècle pour nous raconter le parcours de deux prêtres jésuites en mission dans un Japon hostile persécutant les chrétiens. En 2019, il signe pour Netflix The Irishman, qui revient sur la disparition du légendaire dirigeant syndicaliste Jimmy Hoffa. Pour l'occasion il sollicite Robert De Niro, Al Pacino ou encore Joe Pesci.

En 2023, à 80 ans, Martin Scorsese retrouve une nouvelle fois Leonardo DiCaprio et Robert De Niro pour Killers of the Flower Moon, une fresque historique qui met en lumière une part sombre de l'Histoire américaine : la série de meurtres de la tribu native Osage, en Oklahoma, dans les années 1920.