Родился Хед, Мартин Джонсон 11 августа 1819 года в местечке Ламбервилль, расположенном на берегу реки Делавэр, штат Пенсильвания. Был старшим сыном в большой семье Джозефа Хида (псевдоним «Хед» Мартин взял после переезда в Нью-Йорк) —фермера и владельца лесопилки.
Первые уроки живописи Хеду давал местный художник Эдвард Хикс, не наделенный большим талантом живописца. У Хикса Мартин выучился только основам изобразительного искусства, а технику написания он постигал самостоятельно. Успехи Хеда были настолько велики, что в 1840 году, он поехал продолжать обучение живописному мастерству сначала в Англию, затем во Францию и в Италию, в Рим, где он учился мастерству в течение двух лет. 
Два года спустя он вернулся в Пенсильванию, где впервые продемонстрировал свои работы в Академии изящных искусств. В 1843 году Хед переехал в Нью-Йорк и продолжил работать в жанре портрета, иногда выполняя наброски натюрмортов.
В 1848 году он совершил повторную поездку в Рим и посетил Париж, что сформировало у него тягу к перемене мест и к путешествиям. Хед мигрировал по разным городам страны — Сент-Луис, Чикаго, Трентон, Провиденс и другие.
В 1859 году Мартин Хед вновь оказался в Нью-Йорке, где из всех своих знакомых-художников больше сблизился с Фредериком Черчем — пейзажистом и романтиком.
В 1863 году Хед совершил путешествие в Бразилию — рай для биологов и любителей писать с натуры. Темами для картин Мартина Хеда стала природа этой страны — его бразильская серия насчитывает более сорока картин. Любовь к природе способствовала путешествию художника в Никарагуа, Панаму, Ямайку и Колумбию.
В 1880-х годах Хед вернулся к живописи натюрмортов.
В 1883 году он женился и переехал на постоянное жительство во Флориду (в городок Сант Огастин), где умер 4 сентября 1904 года.