En 1979 formó con Rob Marlow un grupo llamado French Look, al mismo tiempo que integró a Vince Clarke y Andrew Fletcher para el trío Composition of Sound. Martin siguió en Composition of Sound y cuando David Gahan se une a la banda, deciden cambiar su nombre a Depeche Mode. Fue así, como cuarteto, que consiguieron grabar su primer disco, Speak & Spell, para el cuál Vince Clarke compuso casitodaslas canciones. Martin compuso "Tora! Tora! Tora!", y "Big Muff", para ese disco. Su participación como tecladista, guitarrista y segundo vocalista de Depeche Mode, escribió algunos de los temas más famosos como Personal Jesus, Enjoy the Silence, I Feel You, Walking in My Shoes, People Are People, Master and Servant, Everything Counts, Never Let Me Down Again, Strangelove, entre otros.

Después de ese primer trabajo Vince Clarke abandonó al grupo, razón por la cual, habiendo apenas iniciado Martin se vio obligado a convertirse en el compositor de la banda, la primera canción que escribió para Depeche Mode sin la presencia de Clarke fue "See You" y se convirtió en el mayor éxito que habían tenido hasta ese momento, desde entonces ha sido el compositor casi único de la banda, logrando llevar a Depeche Mode a niveles de éxito que no habían esperado, aunque para ello tuvo también mucho que ver Alan Wilder quien en un principio entró sólo como sustituto de Clarke. Con Wilder, coescribió el instrumental "The Great Outdoors!" y el tema "Work Hard" de 1983, el instrumental "Christmans Island" de 1986, y, también ese año, con Daniel Miller co-escribieron el tema "Black Day".

Durante principios de los noventas Martin tuvo problemas de alcoholismo y de drogas, por ello Alan Wilder deja al grupo en 1995.

En 1989 publicó el Counterfeit EP un disco constituido por covers. En agosto de 1994 Martin contrajo matrimonio con Suzanne Boisvert con quien tuvo a sus tres hijos, Viva Lee Gore (nacida en 1991), Ava Lee Gore (nacida en 1995) y Kalo (nacido en 2002), su único hijo varón. Poco antes de la publicación del álbum Playing the Angel de Depeche Mode, Martin dio a conocer su divorcio. El primer sencillo del mismo álbum, la canción "Precious", está dedicada a sus hijos y los sentimientos que habría provocado en ellos el divorcio.

Martin Gore ha realizado presentaciones como solista, en las que, al igual que David Gahan, ha tocado también algunos éxitos de Depeche Mode. También, como su amigo Andrew Fletcher, ha viajado por el mundo y hecho presentaciones como DJ, hasta que en 2012 tuvo una insólita colaboración con Vince Clarke tras treinta años co-escribiendo diez temas electrónico instrumentales para el álbum Ssss, bajo el nombre VCMG.

En años más recientes, aunque sus composiciones han seguido dominando en Depeche Mode, con Dave Gahan ha coescrito el lado B "Oh Well" en 2009 y "Long Time Lie" de 2013.

En 1985, Gore participó en el teclado para dos canciones de Annette e Inga Humpe, tituladas "Happiness is Hard to Take" y "Don't Know Where I Belong" del álbum Humpe Humpe. Después, hasta 1995 particípó con un cover de "Coming back to You" para el álbum tributo a Leonard Cohen Tower of Song.

En 2004, Gore hizo la segunda voz en la canción "Overdrive" del álbum City del dueto Client, producido por Andrew Fletcher. Para 2006, tocó la guitarra en el tema "Wonderful Life", del álbum The Sweet Escape de Gwen Stefani.

En 2009 la banda francesa Nouvelle Vague realizó un cover del tema "Master and Servant" de DM, compuesto por Gore, en el cual él mismo hizo la segunda voz.

Gore hace la segunda voz en el tema "Once You Say" del álbum Industrial Complex de Nitzer Ebb de 2010. En marzo de ese mismo año, se publicó el álbum Back to Light del proyecto Bomb the Bass de Tim Simenon, en el cual aparece el instrumental "Milakia" co-escrito por Gore durante las grabaciones del álbum Ultra, y en el que además toca el teclado.

En 2011, tocó la guitarra en el tema "The Unstoppable Collision" del álbum Nameless de Compact Space, proyecto de los colaboradores de DM Christian Eigner y Daryl Bamonte con Florian Kraemmer. Ese mismo año, Gore cantó el tema "Man Made Machine" del dueto de techno Motor e incluso participó en el video promocional con ellos. En 2011 se llevó a cabo una inesperada colaboración de Martin Gore con Vince Clarke en un álbum del género titulado Ssss.

Martin Gore a menudo ha sido considerado un gran compositor, incluso no falta quien afirme que la historia de Depeche Mode comenzó con A Broken Frame, segundo álbum del grupo y el primero concebido exclusivamente por él. Martin siempre ha inspirado sus canciones en música blues, sus letras siempre giran en torno a los temas que él considera los más importantes en la vida de todo ser humano, el amor, la religión y el sexo.

Muchos consideran que el éxito de Depeche Mode se debió a las composiciones intimistas de Martin y a la producción de Alan Wilder, aunque en palabras de Martin su interés se centra sólo en las líneas melódicas y en las letras. Sin embargo, en 1995 Wilder abandonó la agrupación y Martin ha continuado a la cabeza de Depeche Mode con una consistente respuesta de público.

En su carrera solista Martin paradójicamente no ha compuesto, por el contrario ha hecho álbumes tributo para básicamente homenajear a los artistas a quienes considera que más han influido en su propia inspiración.

Desde 1993 asumió en Depeche Mode también el papel de guitarrista. Un detalle curioso de Martin es que durante años ha procurado no aparecer como líder del grupo.