Martin Henderson se narodil a vyrůstal v Aucklandu, na Novém Zélandu. Henderson začal hrát již ve svých 13ti letech, kdy byl vybrán pro roli v televizní show Strangers. Poté hrál tři roky v populárním novozélandském dramatu Shortland Street (1992). V roce 1995 se přestěhoval do Sydney, kde se objevil v seriálu Pot a dřina (Sweat, r. Steve Jodrell). V Austrálii byl také nominován na cenu AFI za vedlejší roli ve filmu Kick (1999, r. Lynda Heys, hr. Radha Mitchell) a seznámil se zde s Heathem Ledgerem. V roce 1997 se Martin Henderson s Heathem Ledgerem přestěhovali do New Yorku a Henderson začal studovat herectví na Neighborhood Playhouse.

Svůj první významný úspěch si vysloužil rolí v thrilleru Gorea Verbinskiho Kruh (The Ring, 2002); dalším úspěchem pak byl snímek Johna Wooa Kód Navajo (Windtalkers, 2002). Dále si zahrál ve filmu Torque: Ohnivá kola (Torque, 2004, r. Joseph Kahn, hr. Ice Cube), indické romantické komedii A Piece of My Heart (2004, r. Matt Cooper), britském filmu Skaggerak (2003, r. Søren Kragh-Jacobsen) a společně s Cate Blanchett ve snímku Little Fish (2005).

V roce 2005 se objevil v roli bohatého amerického hotelového magnáta Willa Darcyho v romantické komedii Moje velká indická svatba režisérky a scénáristky Gurinder Chadhy.