Né à Turin le 15 février 1927, Carlo Maria Martini entre à la Compagnie de Jésus à l'âge de dix-sept ans pour y accomplir des études de philosophie à Gallarate et de théologie à la faculté de Chieri, où il est ordonné prêtre le 13 juillet 1952. En 1958 à Rome, il passe son doctorat de théologie à l'université Grégorienne avec une thèse sur " le problème historique de la Résurrection ". Après quelques années d'enseignement à Chieri, il retourne à Rome à l'Institut d'Écriture Biblique pour y obtenir une licence en écriture sainte summa cum laude avec une thèse sur " le problème de la recension du code B à la lumière du papyrus Bodmer XIV ".
Doyen de cette faculté d'écriture biblique, il en devient le recteur de 1969 à 1978, puis est nommé recteur de l'université Grégorienne, succédant au Père Carrier. Il développe ses recherches scientifiques par la publication de divers livres et articles (il est l'unique membre catholique du comité œcuménique qui a préparé l'édition grecque du Nouveau Testament) qui vont se multiplier au fil des années, en faisant l'un des auteurs italiens les plus publiés. A l'enseignement et à l'étude, le P. Martini développe un intense apostolat parmi les jeunes de la banlieue de Rome, qu'il reprend plus tard à Milan par des rencontres régulières avec les jeunes au Duomo.
En 1978, Paul VI l'invite à prêcher la retraite annuelle au Vatican, où l'un de ses prédécesseurs avait été le cardinal Karol Wojtyla. C'est ce même cardinal devenu pape qui le choisit comme archevêque de Milan le 29 décembre 1979, en le consacrant personnellement le 6 janvier 1980. Enfin Jean-Paul II le créé cardinal au consistoire du 2 février 1983.
Il est rapporteur à la VIe assemblée générale du synode des évêques (1983) sur le thème de la réconciliation et de la pénitence. Il préside le Conseil des Conférences Épiscopales Européennes (CCEE) de 1986 à 1993.
Il est fait docteur honoris causa de l'Académie russe des Sciences en 1999, et reçoit le prix " Prince des Asturies " en Sciences sociales en 2000, et la même année à Paris, le prix " Européen de l'année " décerné par l'hebdomadaire " La Vie ". Il est académicien honoraire de l'Académie pontificale des Sciences.