Apja századosként szolgált magyar nemes volt, aki még fia kiskorában meghalt. Az anyagi gondokkal küszködő anya a ferencesekhez adta be gyermekét, aki szerzetesként szerzett teológiából és filozófiából doktorátust, de érdekelték a természettudományok is. Nyughatatlan természete azonban nehezen viselte a kötöttségeket, sokszor összezördült rendtársaival, ezért 1780-ban Brodba helyezték át. Itt sem bírta sokáig, inkább tábori lelkésznek állt, s így ismerkedett meg a lengyel Potocky Ignác gróffal. Az ő társaságában és pénzén beutazta egész Európát, ahol számos ismert tudóssal és kevésbé ismert szabadkőművessel talált kapcsolatot. Martinovics a felvilágosodás híve lett, a hazai változásokat II. József felvilágosodott uralkodótól remélte.
Tudományos művei felkeltették az udvari tanügyi bizottság elnökének figyelmét, s 1783-ban a lembergi (mai nevén lvivi) egyetemen a természettan tanárává és a bölcsészeti kar dékánjává nevezték ki, állását 1791-ig megtartotta. Martinovics több matematikai és kémiai tanulmányt írt, kísérleteket folytatott, találmányokat alkotott, tíz nyelven írt, beszélt és fordított. 1787-ben nézeteit Filozófiai tanulmányok című munkájában fejtette ki, ez az első következetesen materialista, ateista filozófiai mű. Martinovicsot azonban hatalmas becsvágy fűtötte, Lemberget szűknek érezte. 1790-ben megpályázta a pesti egyetem katedráját, de elutasították. A sértett tudós Bécsbe utazott, ahol megismerkedett Gotthardi Ferenccel, az új király, II. Lipót titkosrendőrségének főnökével. A kudarc után másképp próbált érvényesülni, és beleegyezett abba, hogy adatokat szolgáltat azokról a szabadkőművesről és jezsuitákról, akikkel kapcsolatba került. Tette mindezt úgy, hogy pár hónappal korábban kelt röpiratában még az oligarchia és az egyház hatalmának megdöntésére, polgári reformok bevezetésére buzdított. Nem csak ügynöki szolgálatai elismeréséül 1791-ben udvari vegyésszé és cs. és kir. tanácsossá, majd szászvári apáttá nevezték ki, ő pedig szorgosan gyártotta a reformjavaslatokat.
Lipót halála után, I. Ferenc trónra lépésekor állásából elbocsátották, a kabinetiroda külpolitikai részlegébe osztották be, de itt sem sokáig maradhatott. Egy ideig még írogatta jelentéseit és javaslatait, de választ nem kapott, sőt, a liberalizálódást és a nemzeti törekvéseket elutasító I. Ferenc elkoboztatta Martinovics három névtelenül megjelent, lázítónak minősített munkáját is. Az ateista szászvári apát ismét új irányban próbálkozott: titkos szervezkedésbe kezdett. Iratokban támadta a cenzúrát, a Habsburgok magyarországi politikáját, műveit a szabadkőművesek és a francia forradalom eszméivel rokonszenvező illuminátusok terjesztették.
Martinovics 1794 tavaszán a párizsi jakobinusok mintájára két titkos szervezetet hozott létre: a Reformátorok Társaságában a hazai nemesi reformereket, a Szabadság és Egyenlőség Társaságában a jakobinus eszmék híveit tömörítette. A két társaság számára francia és latin nyelven külön programot (kátét) írt. A főigazgató szerepét maga vállalta, az igazgatói tiszt a reformereknél Sigray Antal gróf, a másik társaságnál Hajnóczy József, Laczkovics János és Szentmarjay Ferenc feladata lett.
A szervezkedésnek mindössze pár száz, a magyar vezető értelmiségből kikerült tagja volt, de még így sem jártak el kellő óvatossággal, s a titkosrendőrség hamar tudomást szerzett tevékenységükről. 1794. július 24-én (majdnem egy időben a párizsi jakobinusok bukásával) Bécsben huszadmagával letartóztatták Martinovicsot, majd az ő vallomása és a besúgók jelentése alapján az egész összeesküvést felgöngyölítették. Augusztusban fogták el Budán az igazgatókat, majd az év végéig társaikat is, az őrizetbe vetteket előbb Bécsbe vitték, de a vármegyék tiltakozása miatt visszahozták őket Budára.
A magyar jakobinusok pere különleges szabályok mellett, a nyilvánosság teljes kizárásával folyt. A vizsgálatokat 1795. április 20-án fejezték be, a mintegy ötven vádlott közül 18-at ítéltek felségsértésért és hazaárulásért halálra, közülük végül hetet végeztek ki. Martinovics ítéletét azzal súlyosbították, hogy a fő- és jószágvesztés mellett végig kellett néznie a többiek kivégzését. Martinovicsot 1795. május 18-án kitették az egyházi rendből, majd két nappal később a "generális kaszálóréten" Sigray, Szentmarjay, Laczkovics és Hajnóczy után őt is lefejezte a bakó. (A kivégzés helyszíne ekkor kapta a Vérmező nevet.) A kivégzetteket titokban temették el, sírjukat csak 1914-ben találták meg, ekkor újratemették őket, majd 1960-ban a Kerepesi temető díszsírhelyeibe kerültek.
Martinovics kiváló képességű, ugyanakkor gyenge és nagyravágyó ember volt, ez okozta tragédiáját is. Egy értékelés szerint "egy személyben volt bátor hős és aljas áruló, összeesküvő és rendőrspicli, kitartó, nyíltszívű barát és hazug manipulátor". Nem éppen feddhetetlen jelleme nagyban hozzájárult ahhoz, hogy mártírsorsa nyomán sem példaképként, inkább tragikus alakként maradt meg az emlékezetben.
A magyar jakobinusok későbbi megítélése ellentmondásos: egyesek, így az 1848-as forradalmárok s Petőfi vállalták, elődjüknek tekintették mozgalmukat. Mások, mint Fraknói Vilmos püspök-történész - aki Martinovics udvari kapcsolatait feltárta - istentelen lázadóknak minősítették őket. Az első alapos történelmi kutatást Benda Kálmán végezte el 1957-ben, majd Elek Judittal - aki filmet is rendezett róluk - kiadta a per válogatott anyagát is Vizsgálat Martinovics Ignác szászvári apát és társai ügyében címmel.
(Panoráma - Vladár Tamás, Sajtóadatbank)