Мартин Пантелеев е роден в София в семейство на музиканти. От 4-годишен започва да учи цигулка, след НМУ „Любомир Пипков” продължава образованието си в НМА „Проф. Панчо Владигеров” в класа по цигулка на проф. Йосиф Радионов, учи и дирижиране и композиция при акад. проф. Васил Казанджиев и проф. Пламен Джуров. По-късно завършва и майсторските класове на проф. Захар Брон в Хамбург и проф. Ифра Нийман в Майнц и Лондон.
След успешния му диригентски дебют през 2004 със Софийската филхармония е поканен за главен гост-диригент, а от сезон 2011/2012 е главен диригент на оркестъра. Работил е с повече от 30 оркестри, сред които са Берлинските симфоници, Английския камерен оркестър, Камерния оркестър на Концертгебау, Нидерландски симфоничен оркестър, симфоничния оркестър на Шлезвиг-Холщайн, Nordwestdeutsche Philharmonie, симфоничния оркестър на град Лече (Италия) и други. Изявявал се е в прочутите концертни зали на Кралския Концертгебау в Амстердам, Берлинската филхармония, Голямата зала на Московската консерватория, участвал е на фестивалите Rheingau Musik Festival, MDR Musiksommer и Шлезвиг Холщайн.
Композициите му са изпълнявани в САЩ, Англия, Германия, Италия, Китай, Южна Африка, Македония и България.
