Мартин Родбелл родился 1 декабря 1925 года в Балтиморе (Мэриленд), где закончил среднюю школу. В 1943 году он поступил в Университет Джона Хопкинса, но уже через год он прервал учёбу для службы в армии. Он участвовал во Второй мировой войне в военно-морских силах США в качестве радиста. В 1946 году он вернулся в университет и закончил бакалавриат в 1949 году. В 1950 году он женился на Барбаре Ледерман — старшей сестры Сюзанны Ледерман, которая была подругой легендарной еврейки Анны Франк. Родбелл получил степень доктора философии в биохимии в Университете Вашингтона в 1954 году, после чего два года делал пост-докторантуру в Университете Иллинойса в Урбане-Шампэйн. С 1956 году Родбелл работал в Национальном институте здоровья, сначала в Бетезде (Мэриленд), а с 1985 года — в Чапел-Хилл (Северная Каролина) до своего ухода на пенсию в 1994 году.